LTE HDL细胞搜索

介绍

手机搜索和选择的第一步是由用户设备(UE)试图获得一个LTE网络。手机搜索和选择过程涉及到检测候选人eNodeB然后选择一个同步信号。这包括确定选择eNodeB物理层细胞身份(细胞ID)和双工模式。此外,问题获得频率和时间同步在这个过程。一旦这个过程已经完成,问题可以解调OFDM信号通过细胞,恢复其主信息块(MIB)。MIB复苏模型与HDL代码生成功能,而重用细胞这里显示搜索和选择功能,提出了LTE HDL MIB复苏。

的功能在目前的例子是基于细胞LTE工具箱的搜索功能手机搜索、MIB和SIB1复苏(LTE工具箱)。然而,该算法优化了HDL代码生成。LTE工具箱是广泛用于目前的发展的例子。这里描述的高密度脂蛋白模型执行以下功能:

高密度脂蛋白中的频率恢复算法模型只能正确的偏移量少于+ -7.5 khz。大频率偏移复苏大于+ -7.5 khz驾驶是可能的输入和输出与外部监控控制器。示威的大型频率偏移校正可以在找到LTE MIB复苏和细胞使用模拟设备AD9361 / AD9364扫描仪(Xilinx Zynq-Based无线电通信工万博1manbetx具箱支持包)的例子。

一旦模型完成细胞搜索和选择过程,它输出细胞ID,双工模式和unequalized资源网格细胞的。这个功能如下所示。模型支持下行信号与1万博1manbetx5 kHz副载波间距和正常循环前缀长度。频分双工(FDD)和时分双工(TDD)方式都支持。万博1manbetx双工模式是自动检测。

LTE标准提供了两种物理信号帮助细胞搜索过程。这些是主要的同步信号(PSS)和二级同步信号(SSS)。更多信息请参考附录A LTE下行同步信号。

示例结构

模型由5文件:

请注意:ltehdlDownlinkSyncDemod.slx没有出现在工作目录的例子是共享与其他例子。MATLAB的文件路径,可以通过输入打开ltehdlDownlinkSyncDemod在MATLAB命令行。

模型架构

手机搜索和选择子系统的结构如下所示。输入是复杂的16位数据取样30.72议员。信号传递给两个信号处理数据路径;一个在1.92议员和一个30.72议员。执行频率恢复和PSS检测1.92议员数据路径。使用这个采样率有两个原因。首先,细胞带宽不知道在这个阶段,因此最小的LTE带宽频率为1.4 MHz假定复苏。这种方法不管实际工作细胞带宽。第二,PSS和瑞士只占6个中央资源块(1.4兆赫)。因此,检测可以有效地执行1.92议员和资源共享技术可以用来优化硬件实现。

下面的步骤描述了接收机操作。

附录B细胞提供更多详细信息搜索和选择算法中使用这个例子。

手机搜索模型模型万博1manbetx

的顶层ltehdlCellSearch.slx如下所示。这个模型的引用ltehdlDownlinkSyncDemod.slx。ltehdlCellSearch_init.m叫的InitFcn回调,ltehdlCellSearch_analyze.m叫的StopFcn回调。该模型使用一个停止水槽终止仿真时(我)subframeNum输出是5或(ii)cellSearchDone是断言真正的也没有检测到细胞。HDL代码可以生成的手机搜索高密度脂蛋白子系统。

的手机搜索高密度脂蛋白子系统主要是一个包装器ltehdlDownlinkSyncDemod模型。它包含一个模型块(下行同步解调),引用ltehdlDownlinkSyncDemod.slx和一个诊断到工作区所有的诊断输出子系统,日志。使用的诊断输出ltehdlCellSearch_analyze.m生成块显示的内部操作。

下行同步和解调模型参考

的ltehdlDownlinkSyncDemod模型参考实现所有细胞的搜索、同步和OFDM解调功能。附录B细胞细节搜索和选择算法实现这个模型。的顶层ltehdlDownlinkSyncDemod匹配早些时候提出的体系结构。

模型的输入:

模型输出:

ltehdlDownlinkSyncDemod使用两个无线HDL工具箱™示例函数在初始化期间:ltehdlDefineReceiverBuses和ltehdlDownlinkSyncDemodConstants。ltehdlDefineReceiverBuses与其他无线共享HDL工具箱的例子,定义了一组仿真软件的公交车。万博1manbetx这个函数被调用InitFcn的ltehdlDownlinkSyncDemod。只有detectorDiagnosticsBus这里使用的输出函数。总线对象存储在工作区底部,使其既可ltehdlDownlinkSyncDemod和ltehdlCellSearch模型。

[~,~,~,~,detectorDiagnosticsBus] = ltehdlDefineReceiverBuses ();

模型依赖于预先计算的常量和查找表存储在一个称为结构cellDetectorConfig。这个结构是生成的ltehdlDownlinkSyncDemodConstants功能,只有在使用ltehdlDownlinkSyncDemod模型参考。因此,在模型中定义工作空间而不是基本工作空间。使用Model Explorer视图模型空间,它包含以下初始化代码。

cellDetectorConfig = ltehdlDownlinkSyncDemodConstants (30.72 e6);

的内部结构ltehdlDownlinkSyncDemod显示。

的大量毁灭过滤器子系统重新取样输入数据从30.72到1.92(苏格兰议会议员。它由中投公司大批杀害,中投公司获得赔偿,中投下垂补偿,临时取消。过滤器链的目的是有一群延迟等于整数样品在1.92议员的数量。的瞬时切除块删除初始瞬态由于这群延迟从示例流。这是很重要的,因为帧定时偏移测量1.92议员流,然后使用恢复时间30.72议员流。删除大量毁灭过滤器链的初始瞬态简化了逻辑转让计时信息。

的FrequencyEstimation子系统采用循环前缀来估计输入信号的频率偏移。的CyclicPrefixCorrelator不断地传入信号的自相关措施的滞后8 128名样本的样本时间窗口。它提高了测量使用7-tap OFDM-symbol间隔平均滤波器。结果是大小和相位的转换Rect2Polar子系统。每10毫秒,AngleAtMaximum子系统选择相关性最强的峰,记录其相位角,将它转换为频率估计。该算法适用于FDD和TDD模式,包括每一帧的配置,只有一小部分分配给下行。附录B提供了更多关于如何使用循环前缀的信息来估计频率偏移量。

的同步信号搜索子系统实现了PSS和SSS检测。时间在这部分的设计是至关重要的,因为SSS搜索器使用框架的计时信息PSS搜索器识别SSS搜索位置。的PSS搜索器提供了一个validOut使用信号流同步器块延迟输入流,赔偿PSS搜索器管道延迟。同步的输入流PSS搜索器输出的简化了设计SSS搜索器。

的PSS搜索器是由两个子系统:相关器和最大峰值搜索器。在一起,这些子系统实现PSS附录B中描述的搜索算法。

的相关器子系统包含一个匹配滤波器的三种PSS序列,和一组子系统来确定阈值。应用于阈值下限来防止小信号触发假警报。PSS相关器和阈值生成逻辑有不同的管道延误,因此,一个流的同步器是用来重新调整他们的输出。

一旦细胞搜索正在进行中SSS搜索器不断地将样本存储在一个循环的缓冲区中。一旦检测到PSS,它继续样品加载到缓冲区,直到SSS搜索已经达到和存储位置。PSS的SSS搜索位置计算时机提供的信息PSSEndTimingOffset信号。接下来,FDD位置样品从缓冲区读取,通过128点FFT,马克斯SSS可能性子系统计算相关指标和阈值。相同的操作则应用于TDD位置样本。的马克斯SSS可能性子系统选择最大相关性指标超过阈值,并确定双工模式和框架时机。最后,计算帧定时偏移。

初始化和分析脚本

初始化脚本

ltehdlCellSearch_init.m叫的InitFcn回调的ltehdlCellSearch.slx。刺激可以从文件加载包含捕获停播波形,或与LTE工具箱生成。

% ltehdlCellSearch模型初始化脚本%生成ltehdlCellSearch所需的工作空间变量模型。SamplingRate = 30.72 e6;simParams。Ts = 1 / SamplingRate;%选择从文件加载停播捕获的波形,%或生成一个测试波形与LTE工具箱。loadfromfile = true;如果loadfromfile%负载停播波形捕获。负载(“eNodeBWaveform.mat”);dataIn =重新取样(rxWaveform SamplingRate, fs);其他的%与LTE工具箱生成一个测试波形。dataIn = hGenerateDLRXWaveform ();结束%范围内信号电平范围1 + 1。dataIn = 0.95 * dataIn / max (abs (dataIn));% 1子帧开始到波形(任意选择)。startIn = false(长度(dataIn), 1);startIn (1 e - 3 * SamplingRate) = true;%配置PSS和瑞士的尝试PSSAttempts = 2;SSSAttempts = 4;%确定停止时间。simParams。stopTime = ((dataIn) 1)长度/ SamplingRate;

分析脚本

ltehdlCellSearch_analyze.m叫的StopFcn回调的ltehdlCellSearch.slx。这个脚本严重依赖ltehdlCellSearchTools.m分析模型输出和显示的情节。

% ltehdlCellSearch模型分析脚本%后处理模型输出和生成的阴谋。%检查是否存在任何仿真输出分析。如果存在(“出”,“var”)& & ~ isempty (out.PSSDetected)%后处理提取关键细胞模型的输出参数,% diganostics和信号。[信号,报告]= ltehdlCellSearchTools.processOutput (dataIn, startIn);%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

这个类包含分析和绘图模型输出的辅助函数。指ltehdlCellSearchTools.m为更多的信息。

模拟输出和分析

执行仿真,使用run按钮ltehdlCellSearch模型。万博1manbetx仿真软件会自动调用ltehdlCellSearch_init和ltehdlCellSearch_analyze通过InitFcn和StopFcn回调。请注意,它将需要一段时间来构建的ltehdlDownlinkSyncDemod在首次运行模型参考。输出的模拟生成两种主要类型:(i)显示块在顶层ltehdlCellSearch框图显示关键的检测参数,和(2)四个情节是仿真结束时生成的。

的NCellID,TDDMode,timingOffset,频率,cellDetected,cellSearchDone输出都有关联显示块。它们的值如下所示的一个模拟使用捕获的停播波形(eNodeBWaveform.mat)刺激。

的输入波形和搜索阶段图显示:

的频率估计图显示的输出频率估计量和时间。最后10 ms的频率估计时间窗口,频率估计是加载到寄存器,用于正确的频率偏移量。这个值也显示在图。

细胞ID是由两部分组成,NCellID1和NCellID2,在那里NCellID1是瑞士序列号,NCellID2是PSS序列号(见附录A)。PSS搜索图显示所有三个PSS相关器输出,PSS阈值。PSS检测大约17女士到PSS # 1的波形,因此NCellID2 = 1。

的SSS搜索情节展示了成功的SSS的相关指标检测的尝试,和瑞士阈值。正如前面所讨论的那样,SSS检测算法决定了半双工模式框架的位置,以及细胞ID。因此,4 * 168 = 672相关指标计算在每个尝试。相关指标如下所示顺序沿着x轴:

SSS中检测出瑞士的FDD位置序列对应于第一帧的一半。SSS序列号是25NCellID1 = 25。最后一个细胞因此ID:

NCellID = 3 * NCellID1 + NCellID2 = 76。

HDL代码生成和验证

生成这个例子中你必须有一个高密度脂蛋白HDL代码编码器™许可证。使用makehdl和makehdltb命令来生成和一个高密度脂蛋白testbench HDL代码手机搜索高密度脂蛋白子系统。注意,testbench代可以花一段时间由于生成测试向量的长度。

的手机搜索高密度脂蛋白子系统合成在Xilinx®Zynq®-7000 ZC706评估板。这个职位地点和路线资源利用率结果如下表所示。设计了计时的时钟频率200 MHz。

资源使用售予_____片寄存器26274片附近地区15740 RAMB18 25 RAMB36 9 DSP48 88

附录A - LTE下行同步信号

LTE提供了两个物理信号帮助细胞搜索和同步过程。这些是主要的同步信号(PSS)和二级同步信号(SSS)。

的细胞ID eNodeB编码PSS和瑞士。双工模式,循环前缀长度,和帧时间内从他们的位置可以确定接收到的信号。PSS和SSS传播每一帧的两倍。可能有3 PSS序列,和eNodeB传递相同的PSS每半框架。对于每个PSS,可能有168年瑞士序列框架的上半年和下半年168种不同的可能的SSS序列的帧。这意味着一次瑞士已经检测到,接收方知道如果它是在第一或第二帧的一半。PSS和SSS序列取决于细胞ID,因此,可能有3 * 168 = 504细胞ID。细胞ID

NCellID = 3 * NCellID1 + NCellID2

NCellID2哪里PSS序列号从0到2,和NCellID1 SSS序列号从0到167。PSS的每个实例占用的中央62副载波OFDM符号,也是瑞士的每个实例。正常循环前缀模式PSS的位置和SSS信号如下所示:

有14个符号在每个子帧,编号从0到13。因此,在FDD模式下,PSS传播一个OFDM符号在瑞士之后,而在TDD模式下PSS传播三个OFDM符号后,瑞士。这种差异在相对时间允许接收器区分这两种双工模式。PSS的位置和瑞士在FDD广播帧和TDD模式如下例所示。

更多细节见同步信号(PSS和SSS)(LTE工具箱)。

附录B -细胞搜索和选择算法

本部分描述使用的算法模型来检测eNodeB信号。算法是为了应对现实世界条件如频率补偿、噪声和干扰,信噪比变化的PSS和瑞士。检测eNodeB在这种情况下,示例使用三个技巧:

频率恢复

执行频率恢复利用接收信号的时域结构。在LTE(与其他基于OFDM的系统),每个包含一个象征有用的部分和一个循环前缀(CP)。CP是由复制一小部分的结束标志,将开始的象征。这可以利用接收机通过接收到的信号相乘的延迟版本本身的复共轭,然后整合在CP时间,延迟的时间是有用的部分。实际上,接收到的信号是阐述延迟版本的本身。积分器的输出的大小山峰在边界标志。在这些峰值信号的相角与频率偏移量。本示例中使用这种方法,并结合额外平均来估计频率偏移量。该算法可以检测频率偏移量从-7.5千赫至+ 7.5 kHz。

PSS检测

PSS检测是由不断cross-correlating所有三种可能的PSS的接收信号序列在时域。此外,信号的能量计算跨度内的相关器在每个时间步,然后生成一个阈值。PSS检测算法的目的是挑选最强的细胞通过选择PSS的最大相关性度量在10毫秒的时间窗。下面的伪代码描述了搜索算法:

初始化前10 ms的搜索窗口的位置

k = 1 - 4 (PSS尝试)

找到相关水平超过阈值,如果任何相关水平超过阈值找到那些的最大相关性水平超过阈值的PSS发现:打破循环,开始SSS搜索其他PSS没有检测到:移动搜索窗口下10 ms期末结束

SSS检测

一旦PSS坐落,探测器可以缩小SSS的位置两种可能的位置;一个用于FDD, TDD。瑞士相关指标在频域计算,通过评估的内积序列。下面的算法用于搜索和选择一个瑞士序列。

初始化SSS搜索窗

k = 1到8 (SSS尝试)

每双工模式(FDD, TDD)提取128点搜索窗口当前双工模式计算FFT和提取SSS副载波计算相关指标对SSS序列对应于1日半帧计算相关指标对SSS序列对应于下半年帧计算信号能源阈值

丢弃相关指标不超过阈值,如果任何指标超过了阈值选择从幸存的最大相关性度量指标SSS发现:打破循环,进入下一个处理阶段其他SSS没有检测到:移动SSS搜索窗口后半帧结束

结束

手机搜索插图

细胞搜索算法如下所示的一个场景,PSS和瑞士每2试图检测到有效信号。图中还显示了频率恢复阶段。最初,接收者没有接收到的信号帧时间的知识。在仿真软件模型万博1manbetx(硬件),开始输入用于触发检测过程。接收方首先测量频率偏移,这需要10 ms。接下来,第一个10 ms PSS搜索。在这种情况下,没有发现PSS,因此第二个PSS搜索开始。这一次检测到PSS。第一个瑞士搜索发生略低于10 ms检测PSS的位置后,避免了需要缓冲大量的数据,并使算法硬件友好。如图所示,瑞士也在这种情况下需要两个的尝试。从检测到瑞士的位置,接收方知道双工模型(FDD)和帧时间。

引用

1。3 gpp TS 36.214“物理层”