5G空口监测仪下行链路的研究与FPGA实现

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随着第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication,5G)网络成为移动通信技术的主流,信息交互量也呈指数增长。在5G网络环境监测,上下行实时分析等方面的需求日益增多,尤其是在当前反恐维稳的严峻形势下,军队和警察等国家安全机构需要在法律授权的范围内对终端用户进行合法监听,营造和维护良好的网络安全环境。因此,开发一款针对5G终端用户中敏感目标识别与捕获的设备尤为重要。在现有技术的基础上,本文针对小区同步阈值判决、极化码译码算法和高层参数提取等方面做了深入研究和改进,给出了适用于本系统的方案,并予以实现。考虑到工程实现中现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)和数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)各自的优点,本系统采用了“FPGA+DSP”的硬件架构方案。主要工作和创新如下:1.为了解决系统在小区同步过程中阈值判决不准确的问题,本文提出了索引对比的方式,用以判断小区同步是否成功,并提出了相应的同步跟踪算法,仿真验证表明,该方式完全满足系统要求,并最终进行了FPGA实现。2.为了满足系统实时性的要求,本文基于FPGA并行计算的优势,针对极化码提出了基于误码率改进的比特翻转置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法,以方差和误码率分别构建粗翻转集和精翻转集,实现快速准确译码的需求。仿真表明码长为256的极化码在误比特率为10-3时,所提译码算法相比传统的BP译码、增强型比特翻转BP译码和基于对数似然比的比特翻转BP译码算法分别约有0.495、0.175和0.280d B的性能增益,由此可知所提算法相较于对比算法具有更好的译码性能。3.在100M系统带宽和参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power,RSRP)为-62.32d Bm情况下,对系统进行了整体的功能仿真。仿真内容包含小区的同步及跟踪、三个信道的数据提取和解析、高层参数的提取,并最终将其上板测试,结果表明系统功能完全正确。在RSRP为-60~-100d Bm范围测试显示,系统的小区同步性能随着RSRP变化,在RSRP大于-90d Bm时,其小区同步成功率接近100%,但是随着RSRP减小,成功率会越来越低;在小区同步成功的情况下,MIB解析成功率为100%,SIB1的正确解析率平均为90%,满足系统针对敏感用户的捕获需求。
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