介绍

小区搜索和选择是用户设备(UE)尝试接入LTE网络的第一步。细胞搜索和选择过程包括检测候选eNodeB信号，然后选择一个进行同步。这包括确定所选择的eNodeB的物理层单元标识(单元ID)和双工模式。此外，UE在此过程中获得频率和定时同步。一旦完成这个过程，UE就可以解调由小区传输的OFDM信号，并恢复其主信息块(MIB)。一个具有HDL代码生成功能的MIB恢复模型，它重用了这里所示的单元搜索和选择功能LTE HDL MIB恢复．

本示例中的功能基于LTE工具箱的单元搜索功能Cell Search, MIB and SIB1 Recovery(LTE工具箱)．然而，这些算法已经针对HDL代码生成进行了优化。LTE工具箱在本示例的开发中被广泛使用。这里描述的HDL模型执行以下功能:

HDL模型中的频率恢复算法只能校正小于+-7.5kHz的偏移量。通过外部控制器驱动输入和监控输出，可以实现大于+-7.5kHz的大频率偏移恢复。大频率偏移校正的演示可以在LTE MIB Recovery and Cell Scanner Using Analog Devices AD9361/AD9364(Xilinx Zynq-Based Radio万博1manbetx通信工具箱支持包)的例子。

一旦模型完成单元搜索和选择过程，就输出单元ID、双工模式和单元的不均衡资源网格。该功能如下所示。该型号支持15 kH万博1manbetxz子载波间距和正常循环前缀长度的下行信号。支持FDD (Frequency Division Duplex)和TDD (Time Division Duplex)两种方式。万博1manbetx自动检测双工模式。

LTE标准提供了两个物理信号以帮助细胞搜索过程。这些是主同步信号（PSS）和辅助同步信号（SSS）。有关LTE下行链路同步信号的更多信息，请参阅附录A。

示例结构

模型由5个文件组成:

笔记:ltehdlDownlinkSyncDemod.slx不会出现在示例工作文件夹中，因为它与其他示例共享。该文件在MATLAB路径上，可以通过输入打开ltehdlDownlinkSyncDemod在MATLAB命令行中。

模型架构

单元搜索和选择子系统的结构如下所示。输入是以30.72 Msps采样的复杂16位数据。信号被传递到两个信号处理数据路径；一个为1.92 Msps，另一个为30.72 Msps。频率恢复和PSS检测在1.92 Msps数据路径上执行。使用此采样率有两个原因。首先，在这个阶段，小区带宽是未知的，因此对于频率恢复，假设最小的LTE带宽为1.4mhz。这种方法不考虑实际小区带宽。其次，PSS和SSS仅占用六个中央资源块（1.4 MHz）。因此，可以在1.92 Msps下有效地执行检测，并且可以使用资源共享技术来优化硬件实现。

以下步骤描述接收器的操作。

附录B提供了本例中使用的单元格搜索和选择算法的更多细节。

单元搜索Simulink万博1manbetx模型

最高级的ltehdlCellSearch.slx如下所示。该模型引用了ltehdlDownlinkSyncDemod.slx．ltehdlCellSearch_init.m是由InitFcn回调,ltehdlCellSearch_analyze.m是由StopFcn回拨。该模型使用了停止当(i)中的任意一个subframeNum输出为5或（ii）cellSearchDone是断言真正的没有检测到细胞。的HDL代码可以生成手机搜索高密度脂蛋白子系统。

这个手机搜索高密度脂蛋白子系统主要是ltehdlDownlinkSyncDemod模型。它包含一个模型块(下行同步解调),引用ltehdlDownlinkSyncDemod.slx和一个工作区诊断记录所有诊断输出的子系统。诊断输出由以下部件使用：ltehdlCellSearch_analyze.m生成显示内部操作的绘图。

下行同步和解调模型参考

这个ltehdlDownlinkSyncDemod模型参考实现了所有的cell搜索，同步和OFDM解调功能。附录B详细介绍了该模型实现的单元查找和选择算法。最高级的ltehdlDownlinkSyncDemod与前面介绍的体系结构非常匹配。

模型的输入:

模型输出:

ltehdlDownlinkSyncDemod在初始化过程中使用两个无线HDL工具箱™示例函数:ltehdlDefineReceiverBuses和LTEHDLDOWNLINKSYNCDEM常数．ltehdlDefineReceiverBuses与其他无线HDL工具箱示例共享，并定义了一组Simulink总线。万博1manbetx函数中调用此函数InitFcn的ltehdlDownlinkSyncDemod．只有检测器诊断总线这里使用函数的输出。总线对象存储在基本工作区中，使其对ltehdlDownlinkSyncDemod和ltehdlCellSearch模型。

[~，~，~，~，检测器诊断总线]=LTEHDLDEFINECEIVERBUS（）；

该模型依赖于存储在名为cellDetectorConfig．该结构由LTEHDLDOWNLINKSYNCDEM常数函数，只在ltehdlDownlinkSyncDemod模型参考。因此，它是在模型工作区而不是基础工作区中定义的。使用模型资源管理器来查看模型工作区，其中包含以下初始化代码。

cellDetectorConfig = ltehdlDownlinkSyncDemodConstants (30.72 e6);

内部结构ltehdlDownlinkSyncDemod显示。

这个大量毁灭过滤器子系统将输入数据从30.72 Msps重采样到1.92 Msps。它包括CIC抽取、CIC增益补偿、CIC下垂补偿和瞬态消除。滤波器链被设计成在1.92 Msps时具有等于一个整数个数的样本的群延迟。这个瞬时切除块从采样流中删除由于该组延迟而导致的初始瞬态。这很重要，因为帧定时偏移是在1.92 Msps流上测量的，然后用于恢复30.72 Msps流上的定时。从抽取滤波器链中删除初始瞬态简化了传输定时信息的逻辑。

这个FrequencyEstimation子系统使用循环前缀来估计输入信号的频率偏移。每960个样本最大角度子系统选择最强的相关峰并记录其相位角。这个角滤器子系统实现了一个窗口持续时间为10毫秒的平均滤波器。由此得到的相位角可作为频率估计。针对LTE信号连续的情况，优化了频率估计算法。算法性能会随着信号在时域的稀疏性而降低，例如在下行链路比较低的TDD模式配置下。这种退化会降低后续处理阶段检测和解码信号的能力。附录B提供了关于如何使用循环前缀来估计频率偏移的更多信息。

这个同步信号搜索子系统实现PSS和SSS的检测。在这部分设计中时间是至关重要的，因为SSS搜索器使用来自的帧定时信息PSS搜索器识别SSS搜索位置。这个PSS搜索器提供了一个validOut信号是由流同步器块延迟输入流并补偿PSS搜索器管道延迟。将输入流同步到PSS搜索器输出简化了系统的设计SSS搜索器．

这个PSS搜索器由两个子系统组成:相关器和最大峰值搜索器．这些子系统共同实现了附录B中描述的PSS搜索算法。

这个相关器子系统包含三个PSS序列的每个匹配滤波器，以及一组确定阈值的子系统。为防止小信号触发误报，在阈值上设置了一个下限。PSS相关器和阈值产生逻辑有不同的管道延迟，因此，流同步器被用来重新对齐它们的输出。

一旦开始搜查，就SSS搜索器在循环缓冲液中持续存储样品。一旦检测到PSS，它将继续将样本加载到缓冲区中，直到到达并存储SSS搜索位置。方法提供的PSS时序信息计算出SSS搜索位置PSSEndTimingOffset信号接下来，从缓冲器读取FDD位置样本，并通过128点FFT和最大似然SSS子系统计算相关度量和阈值。然后将相同的操作应用于TDD位置示例。这个最大似然SSS子系统选择超过阈值的最大相关度量，决定双工模式和帧定时。最后，计算帧定时偏移量。

初始化和分析脚本

初始化脚本

ltehdlCellSearch_init.m在InitFcn回调的ltehdlCellSearch.slx．刺激可以从包含捕获的空中波形的文件加载，或使用LTE工具箱生成。

%ltehdlCellSearch模型初始化脚本%生成ltehdlCellSearch模型所需的工作区变量。采样率=30.72e6；simParams.Ts=1/取样栅；%选择从文件加载捕获的无线波形，%或使用LTE工具箱生成测试波形。loadfromfile = true;如果loadfromfile%负载捕获的非空中波形。负载(“eNodeBWaveform.mat”）;dataIn =重新取样(rxWaveform SamplingRate, fs);其他的%使用LTE工具箱生成测试波形。数据输入=hGenerateDLRXWaveform（）；结束%比例信号电平在-1到+1的范围内。/ * max(abs(dataIn)); / * max(abs(dataIn));%在波形中开始1个子帧（任意选择）。startIn = false(长度(dataIn), 1);startIn (1 e - 3 * SamplingRate) = true;%配置PSS和SSS尝试次数PSSAttempts = 2;SSSAttempts = 4;%确定停止时间。simParams.stopTime=（长度（数据输入）-1）/SamplingRate；

分析脚本

ltehdlCellSearch_analyze.m在StopFcn回调的ltehdlCellSearch.slx．该脚本严重依赖于ltehdlCellSearchTools.m分析模型输出并显示绘图。

% lthdlcellsearch模型分析脚本%后期处理为输出建模并生成绘图。%检查是否存在任何要分析的模拟输出。如果存在(“出”,“var”)&&&~isempty（检测到out.pss）%对模型输出进行后处理，提取关键单元参数，诊断学和信号。[signals, report] = ltehdlCellSearchTools.processOutput(dataIn,startIn,out);%绘制结果ltehdlCellSearchTools.figure (“输入波形和搜索阶段”）;clf;ltehdlCellSearchTools.plotSearchStates(信号,报告);ltehdlCellSearchTools.figure (频率估计的）;clf;ltehdlCellSearchTools.plotFrequencyEstimate(信号,报告);ltehdlCellSearchTools.figure (“PSS搜索”）;clf;ltehdlCellSearchTools.plotPSSCorrelation(信号,报告);ltehdlCellSearchTools.figure (“SSS搜索”）;ltehdlCellSearchTools.plotSSSCorrelation(信号,报告);结束

分析工具类

此类包含用于分析和打印模型输出的辅助函数。提到ltehdlCellSearchTools.m为更多的信息。

仿真输出与分析

要执行模拟，请使用中的“运行”按钮ltehdlCellSearch模型。万博1manbetxSimulink会自动调用ltehdlCellSearch_init和ltehdlCellSearch_analyze通过InitFcn和StopFcn回调。请注意，将需要一段时间来构建ltehdlDownlinkSyncDemod第一次运行时的模型参考。仿真生成两种主要类型的输出:(i)陈列建筑顶层的砌块ltehdlCellSearch方框图显示了关键检测参数，（ii）在模拟结束时生成了四个图。

这个NCellID,TDDMode,timingOffset,频率,细胞检测,cellSearchDone所有输出都有关联陈列块。它们的值如下所示，在使用捕获的非空中波形(eNodeBWaveform.mat)刺激。

这个输入波形和搜索阶段图显示:

这个频率估计图显示了频率估计器与时间的输出。在10毫秒的频率估计时间窗口结束时，频率估计被加载到寄存器中，用于校正频率偏移。这个值也显示在图中。在这种情况下，频率偏移刚好低于500hz，这在频率恢复算法的-7.5 kHz到+7.5 kHz的工作范围内。

单元格ID由两个组件组成，NCellID1和NCellID2,在那里NCellID1是SSS序列号，以及NCellID2是PSS序列号(见附录A)PSS搜索图显示了所有三个PSS相关器输出，以及PSS阈值。因此，PSS在PSS #1的波形中检测到大约17毫秒NCellID2 = 1．

这个SSS搜索plot显示了成功SSS检测尝试的相关度量，以及SSS阈值。如前所述，SSS检测算法确定双工模式和半帧位置，以及cell ID。因此，在每次尝试中计算出4*168 = 672个相关度量。相关指标沿x轴的顺序如下:

SSS序列对应于前半帧，在FDD位置检测SSS。因此SSS序列号为25NCellID1=25．因此，最后的单元格ID是:

ncelllid = 3* ncelllid1 + ncelllid2 = 76。

HDL代码生成与验证

要为本示例生成HDL代码，您必须拥有HDL Coder™许可证。使用makehdl和makehdltb命令来生成HDL代码和HDL测试台手机搜索高密度脂蛋白子系统。请注意，由于生成的测试向量的长度，测试台生成可能需要一段时间。

这个手机搜索高密度脂蛋白子系统在Xilinx®Zynq®-7000 ZC706评估板上合成。岗位和路线资源利用情况如下表所示。该设计满足时钟频率为200mhz的定时要求。

资源使用_______________ _____ Slice register 44658 Slice LUTs 20271 RAMB18 25 RAMB36 11 DSP48 110

附录A-LTE下行链路同步信号

LTE提供了两个物理信号以辅助单元搜索和同步过程。这些是主同步信号(PSS)和次级同步信号(SSS)。

eNodeB的单元ID编码在PSS和SSS中。双工模式、循环前缀长度和帧定时可以根据它们在接收信号中的位置来确定。PSS和SSS每帧传输两次。有3个可能的PSS序列，eNodeB每半帧发送相同的PSS。对于每个PSS，在帧的前半部分有168个可能的SSS序列，在帧的后半部分有168个不同的可能的SSS序列。这意味着一旦检测到SSS，接收机就知道它是在帧的前半部分还是后半部分。PSS和SSS序列取决于小区ID，因此有3*168=504个可能的小区ID。单元格ID为

NCellID=3*NCellID1+NCellID2

其中NCellID2为0 ~ 2的PSS序列号，NCellID1为0 ~ 167的SSS序列号。PSS的每个实例占用一个OFDM符号的62个子载波，SSS的每个实例也是如此。在普通循环前缀模式下，PSS和SSS信号的位置如下:

每个子帧有14个符号，从0到13编号。因此，在FDD模式下，PSS在SSS之后发送一个OFDM符号，而在TDD模式下，PSS在SSS之后发送三个OFDM符号。这种相对定时的差异允许接收端区分两种双工模式。PSS和SSS在FDD和TDD模式下无线电帧中的位置如下图所示。

有关更多详情，请参阅同步信号（PSS和SSS）(LTE工具箱)．

附录B -单元格搜索和选择算法

本节描述了模型用于检测eNodeB信号的算法。该算法设计用于处理实际情况，如频率偏移、噪声和干扰，以及PSS和SSS的SNR随时间的变化。为了在这种情况下检测eNodeB，示例使用三种技术：

频率恢复

频率恢复是利用接收信号的时域结构来实现的。在LTE中(和其他基于OFDM的系统一样)，每个符号由一个有用部分和一个循环前缀（CP）。CP是通过从符号末尾复制一个小片段并将其前置到符号开头来生成的。这可以通过将接收到的信号与自身延迟版本的复共轭相乘，然后在CP持续时间内积分来在接收机中利用，其中延迟是有用部分的持续时间。实际上，接收信号与自身的延迟版本相互关联。积分器输出的幅度在符号边界处有峰值。这些峰值处信号的相位角与频率偏移有关。在本示例中使用该方法，并结合附加平均来估计频率偏移。该算法可以检测从-7.5 kHz到+7.5 kHz的频率偏移。

PSS检测

PSS检测通过将接收信号与时域中所有三个可能的PSS序列连续互相关来执行。此外，在每个时间步长上计算相关器范围内的信号能量，然后缩放以生成阈值。PSS检测算法旨在通过在10ms时间窗口内选取最大PSS相关度量来选取最强的小区。以下伪代码描述了搜索算法：

初始化前10毫秒搜索窗口的位置

对于k=1到4（PSS尝试次数）

如果任何相关级别超过阈值，则查找超过阈值的相关级别查找超过阈值的最大相关级别检测到PSS：中断循环并启动SSS搜索，否则未检测到PSS：将搜索窗口移动到下一个10ms周期结束

SSS检测

一旦找到PSS，探测器可以将SSS的位置缩小到两个可能的位置；一个用于FDD，一个用于TDD。通过评估序列的点积，在频域中计算SSS相关度量。以下算法用于搜索和选择SSS序列。

初始化SSS搜索窗口

for k = 1 to 8 (SSS尝试次数)

对[FDD, TDD]中的每个双工模式提取128个点搜索窗口，对当前双工模式计算FFT并提取SSS子载波，计算SSS序列对应的前半帧的相关度量，计算SSS序列对应的后半帧的相关度量，计算信号能量的阈值端

如果任何指标超过阈值，则丢弃不超过阈值的相关指标:从SSS检测到的幸存指标中选择最大的相关指标:中断循环并进入下一个处理阶段，否则SSS未检测到:将SSS搜索窗口稍后移动半帧结束

结束

单元搜索插图

cell search算法如下图所示，其中PSS和SSS分别尝试2次来检测有效信号。图中还显示了频率恢复阶段。最初，接收机不知道接收到的信号帧定时。在Simuli万博1manbetxnk模型中(和在硬件上)，a开始输入用于触发检测过程。接收机首先测量频率偏移，这需要10毫秒。接下来，进行第一次10毫秒PSS搜索。在这种情况下，未检测到PSS，因此启动第二次PSS搜索。这次检测到PSS。第一次SSS搜索发生在检测到的PSS定位后不到10 ms的时间内，避免了缓冲大量数据的需要，并使算法硬件友好。如图所示，在这种情况下，SSS也会进行两次尝试。从检测到的SSS的位置，接收机知道双工模型（在本例中为FDD）和帧定时。

参考文献

1.3GPP TS 36.214“物理层”