Идентификация и оценка параметров сигнала стандарта LTE

• Автор: Казачков, Виталий Олегович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов идентификации и оценки параметров сигналов
1.1 Методы идентификации и оценки параметров цифровых сигналов
1.2 Идентификация и оценка параметров сигналов LTE
1.3 Выводы
ГЛАВА 2. Разработка тестовой модели сигнала LTE
2.1 Основные особенности стандарта LTE
2.2 Структура и характеристики тестовой модели сигнала LTE
2.3 Верификация имитационной модели
2.4 Выводы
ГЛАВА 3. Методы идентификации и оценки параметров сигнала стандарта LTE
3.1 Определение занимаемой полосы LTE сигнала
3.2 Идентификация LTE сигнала
3.3 Детектирование синхросигнала
■ 3.4 Определение направления передачи LTE сигнала
3.5 Выводы
ГЛАВА 4. Распознавание структуры сигналов на поднесущих
4.1 Идентификация сигналов с ФМ и KAM модуляцией
4.2 Определение текущего отношения сигнал/шум в полосе сигнала
4.3 Выводы
ГЛАВА 5. Программно-алгоритмический комплекс для идентификации и оценки параметров сигнала стандарта LTE
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

Введение
Современные тенденции развития систем мобильной связи предъявляют к последним серьезные требования не только с точки зрения высокого качества связи, но и с точки зрения обеспечения высоких скоростей передачи информации. По данным ежегодного прогноза Cisco® Visual Networking Index Global Mobile Data Traffic Forecast for 2013 to 2018("Индекс развития визуальных сетевых технологий: прогноз развития мирового
мобильного трафика на 2013-2018 гг."), объем мирового мобильного трафика за ближайшие 4 года вырастет в 11 раз и в 2018 г. может составить 190 эксабайт [1]. Во многом такие темпы роста трафика обусловлены интенсивными темпами развития индустрии по производству мобильных устройств (телефонов, смартфонов, планшетов и т.д.), а также высокой популярностью таких устройств у пользователей. Справиться с задачей обеспечения потребностей современных абонентов мобильных сетей позволит внедрение технологий подвижной радиосвязи четвертого поколения (fourth generation - 4G).
Одним из представителей 4G технологий является стандарт LTE (Long Term Evolution, дословно с англ. долговременное развитие), разработанный консорциумом 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Стандарт LTE основан на применении технологии ортогонального частотного разделения каналов (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Ключевыми характеристиками стандарта являются: возможность передачи данных на больших скоростях (целевое значение 1 Гбит/с для нисходящего направления), возможность работы с абоеннтами, передвигающимися на скорости до 350 км/ч, возможность масштабирования полосы сигнала (1.4, 3, 5, 15, 15, 20 МГц), с 10 релиза поддерживается агрегация до 5 несущих, что предоставляет возможность создания системы с полосой сигнала в 100 МГц и т.д. [2-5] Эти особенности делают стандарт LTE перспективным направлением развития систем мобильной связи, а исследования данной области актуальными и востребованными.
Тенденции развития сетей связи включают в себя возможность совместного использования различных стандартов в одном абонентском оборудовании. Эта идеология реализовывается в системах с программируемой архитектурой, к которым относятся системы программно-определяемого радио (Software Defined Radio) и системы когнитивного радио (Cognitive Radio). Технология программно-определяемого радио позволит заменить существующее множество конструкций радиоприемников ограниченным числом аппаратных блоков, работающих под управлением программного обеспечения. Это значительно упростит конструкции, снизит их стоимость, улучшит характеристики и обеспечит поддержку любых видов модуляции. Задачи идентификации принимаемого сигнала и оценки его параметров —

ключевые в системах такого класса и от точности данных операций зависит корректная работа системы. В случае когнитивного радио, система связи использует технологию адаптивной подстройки параметров. Системы когнитивного радио обеспечивают, например, использование частотного ресурса на основе доступного на местном уровне в пределах охваченной полосы частот, что позволяет значительно повысить эффективность использования частотного диапазона, являющегося одним из основных ограниченных ресурсов. В таких системах задача оценки параметров принимаемого сигнала также является ключевой. С учетом сказанного выше, задача данной диссертации - идентификация и оценка параметров сигнала стандарта LTE, как одного из поддерживаемых стандартов в интегрированной системе связи, является востребованной и актуальной.
Современные исследования в области LTE в основном направлены на модификацию процедур, описанных стандартом [6-16]. При этом методы по идентификации и оценке параметров сигнала стандарта LTE без использования служебной информации практически не изучены, однако, это направление также является интересным и многообещающим. В последние 20 лет направления идентификации и слепой оценки параметров цифровых методов модуляции, в том числе и для OFDM, активно развивались и в ближайшее время могут стать перспективой дальнейшего развития так называемых интеллектуальных приемников.
Разработка специализированных методов для стандарта LTE позволит повысить точность методов, разработанных для OFDM в целом. Исследования дайной области в дальнейшем могут способствовать внедрению таких методов в реальное оборудование для повышения точности процедур, описанных стандартом, что в свою очередь поспособствует дальнейшему развитию систем и сетей подвижной радиосвязи. В перспективе на основе таких методов возможна разработка систем сотовой связи с меньшим количеством опорных и служебных сигналов, что позволит использовать освобожденные ресурсы для передачи информации от абонентов, повысить эффективность использования выделенных частотных ресурсов, а также повысить скорость передачи данных. Перечисленное выше подтверждает, что разработка методов идентификации и оценки параметров для сигнала стандарта LTE является актуальной задачей, направленной на дальнейшее развитие систем мобильной связи.
Цель работы и решаемые задачи
Таким образом, целью работы является разработка и исследование математических моделей, методов и алгоритмов для идентификации и оценки параметров сигнала стандарта LTE на основе априорной информации о структуре и характеристиках такого сигнала. В соответствии с указанной целью в данной работе ставятся следующие задачи:
1. Анализ существующих методов идентификации и оценки параметров.

Д LTE_Model_08/Spectrum Scopel
і re ІшіЕаД
File View Axes Channels Window i Help
Frame:
Frequency (kHz)
Рисунок 2.18- Спектр сигнала LTE, полоса 1.4 МГц
Я LTE_Model_05/Spectrum Scope ~ " ~ _ [»C?' І ^ ІІІи£Зи<Г
File View Axes Channels Window Help N
-6 -4 -2 0 2 4
Frame: 140 Frequency (MHz)

Рисунок 2.19 - Спектр сигнала LTE, полоса 10 МГц