5G+NR通信系统随机接入的研究与仿真.pdf

摘要 摘 要 随着移动通信的不断发展，4G 早已满足不了人们的日常需要，愈来愈多的 人投入到了5G 建设的研究中。随机接入是终端用户(User Equipment, UE)和基站 (generation NodeB, gNB)建立连接的第一步，直接影响着通信系统性能的好坏， 因此对随机接入进行深入研究十分有必要。 首先，本文通过对 3GPP 发布的R 15 版本协议以及随机接入过程基站和终 端的交互分析，给出了5G 通信系统随机接入物理信道链路的处理流程以及承载 数据信息内容。 其次，搭建了物理随机接入信道(Physical Random Access Channel ，PRACH) 链路、物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel ，PDCCH)链路、物 理下行共享信道(Physical Downlink Share Channel ，PDSCH)链路和物理上行共享 信道(Physical Uplink Shared Channel ，PUSCH)链路，从物理层链路的角度对随机 接入流程中数据交互进行阐述，完成了链路级的随机接入仿真平台的搭建。该平 台使用C++语言，采用模块化设计，针对基于竞争的随机接入流程，设计了同步 和竞争两大模块，分为基站侧和终端侧，可实现数据的收发处理，完成了随机接 入流程的基本功能。 最后，研究了随机接入过程中前导信号的检测，设计了一套前导检测方案。 针对在中低速下，用户移动速度较高时前导序列检测产生的虚警率偏高现象，对 接收端添加了终端移动导致的多普勒频偏的补偿。针对双阈值检测算法未对噪 声进行实时估计的问题，对检测算法做了改进，结合半动态门限思想提出了一种 基于噪声功率估计的双阈值前导检测算法。同时也对传统前导检测流程进行了 优化，仿真结果表明，本文设计的前导检测方案检测性能有所提升。 关键词：5G ；随机接入；链路级仿真；前导信号检测 I 目录 目 录 第1 章 绪论 1 1.1 研究内容和背景 1 1.2 国内外研究现状3 1.2.1 随机接入研究3 1.2.2 前导检测研究4 1.3 研究内容5 1.4 论文结构安排5 第2 章 5G NR 随机接入技术7 2.1 5G NR 系统基础知识7 2.1.1 用户平面协议栈7 2.1.2 5G NR 系统时频域结构9 2.1.3 5G NR 资源映射及OFDM 技术 11 2.2 随机接入过程分析 12 2.2.1 随机接入的目的 12 2.2.2 触发随机接入的事件 13 2.2.3 随机接入过程 14 2.3 随机接入流程物理信道链路 19 2.3.1 物理随机接入信道链路 19 2.3.2 物理下行控制信道链路23 2.3.3 物理下行共享信道链路25 2.3.4 物理上行共享信道链路29 2.4 本章小节31 第3 章 5G NR 通信系统随机接入流程的仿真32 3.1 随机接入流程方案32 3.2 随机接入流程的设计34 IV 目录 3.2.1 同步模块34 3.2.2 竞争模块43 3.3 仿真结果分析47 3.4 本