基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器实现方法，在PSS时频估计算法基础上，利用多个正交频分复用符号的循环前缀作为辅助信息以提升同步性能，通过先使用CP估计小数倍频偏，再使用PSS估计完整的载波频偏；配合嵌入srsRAN开源项目中已有的5G NSA网络架构，即得到基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器。本发明专利技术在无需更改现有NR地面移动通信标准的情况下，利用NR同步序列，设计了一种适用于星地链路时频同步技术，并搭建了面向5G融合低轨卫星的终端模拟器，使得地面5G系统与低轨卫星通信系统能够无缝切换。星通信系统能够无缝切换。星通信系统能够无缝切换。

【技术实现步骤摘要】
基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器及实现方法


[0001]本专利技术属于5G融合低轨卫星终端模拟器领域，特别是一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器及实现方法。

技术介绍

[0002]随着移动流量爆炸式增长、设备的海量连接以及各种新场景的出现，催生出了第五代移动通信系统。卫星通信系统和地面通信系统可以形成良好的互补关系：卫星通信具有覆盖范围广、受地形和自然灾害等因素影响小等特点，因此一方面可以利用卫星通信在偏远地区等地面网络难以覆盖的区域实现通信；另一方面可以在地面网络受自然灾害等因素影响而被破坏时保证通信系统不被破坏；而地面5G系统与低轨卫星通信系统的融合，能够充分发挥两种通信系统的优点，实现全球无缝覆盖和无缝切换的网络。然而由于两种通信系统在网络架构、通信标准等方面存在巨大差异，因此现阶段两者仅仅达到了互联互通的程度。

技术实现思路

[0003]为了使地面5G系统与低轨卫星通信系统能够无缝切换，本专利技术提供一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器及实现方法。
[0004]基于以上背景，对5G空口信号在星地链路中的适用性问题展开研究，重点探索大多普勒频移场景下的时频同步技术，解决大频偏环境下的时频同步问题，并设计一种基于srsRAN NR协议栈的终端模拟器。
[0005]本专利技术提供一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器实现方法，
[0006]在PSS时频估计算法基础上，利用多个正交频分复用符号的循环前缀作为辅助信息以提升同步性能，通过先使用CP估计小数倍频偏，再使用PSS估计完整的载波频偏；配合嵌入srsRAN开源项目中已有的5G NSA网络架构，即得到基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器。
[0007]进一步的，使用CP估计小数倍频偏，再使用PSS估计完整的载波频偏的具体方法为：
[0008]S1.从射频缓存接收基带信号，并进行抗混叠滤波处理；
[0009]S2.计算经S1处理的接收信号与K组本地同步序列的互相关结果，获得K个时频估计结果；
[0010]S3.对S2中的K个时频估计结果进行二维搜索，更新时频估计峰值；
[0011]S4.重复S1
‑
S3直至遍历一整个无线帧，获得多个时频估计二维搜索结果；
[0012]S5.对S4获得的多个时频估计二维搜索结果进行一维搜索，寻找最大峰值对应的时偏估计值和整数倍频偏估计值
[0013]S6.计算S5搜索到的最大峰值对应的信噪比,若大于阈值则完成时间同步和频率粗同步，若小于阈值则重复S1
‑
S6；
[0014]S7.利用多个OFDM循环前缀对经S1处理的接收信号对小数倍频偏进行估计；结合整数倍频偏完成频率同步。
[0015]进一步的，
[0016]所述S2中，多组本地同步序列生成方式为
[0017][0018]其中，s
l
为经历长度为L的多径信道的主同步序列，v
i
为调制DPSS矩阵A
k
的第i个特征值对应的特征向量；调制DPSS矩阵A
k
的第(i,j)个元素可以表示为
[0019][0020]其中
[0021][0022][0023]将频偏搜索范围[ε
min
,ε
max
]分为K段，得到K个调制DPSS矩阵A
k
和对应K组本地同步序列。
[0024]一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器，根据上述方法实现。
[0025]一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述的基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器实现方法。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027](1)本专利技术以软件无线电和USRP半实物通信仿真平台的方式实现了终端模拟器的设计，相较于硬件通信仿真系统，本专利技术具有成本低、易于优化的优势，避免了对专用通信硬件的需求；相较于软件仿真通信系统，软件仿真通信系统难以通过数学建模的方式还原复杂的星地链路通信环境，而本专利技术的终端模拟器可以采用真实信道进行实验；
[0028](2)相比现有技术，本专利技术将通过5G NR所用的OFDM信号的循环前缀实现粗时偏估计与整数倍频偏估计；并提出基于调制DPSS矩阵的滑动相关算法，并通过特征值分解和近似计算方式有效降低大频偏环境下的时频同步的复杂度，以此优化时频同步算法；
[0029](3)本专利技术考虑的5G融合低轨卫星系统时频同步技术可以在无需更改现有NR地面移动通信标准的情况下利用NR同步序列设计了一种适用于星地链路时频同步技术，并搭建了面向5G融合低轨卫星的终端模拟器。
附图说明
[0030]图1是本专利技术方法流程示意图；
[0031]图2是本专利技术中天地融合5G终端模拟器功能架构；
[0032]图3是本专利技术中下行同步算法流程；
[0033]图4是srsRAN的基带IQ信号接收同步流程。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0035]本发提供一种基于适用于星地链路的5G终端模拟器，具体考虑了在大多普勒频移场景下的时频同步技术，以解决大频偏环境下的时频同步问题。卫星通信系统和地面通信系统存在许多显著差异，这也为空口技术的融合带来了许多挑战。其中最主要的就是低轨卫星的高速运动带来的大多普勒频移问题，这样导致为地面通信系统设计的5G传输方法不能直接应用到低轨卫星通信系统中。在融合通信网络中，为实现高速的数据传输，下行链路使用正交频分复用，因此符号定时同步与载波频率同步对保障其性能至关重要。通过对小区同步信号的接收，用户设备获取系统的符号定时、帧定时、频偏估计以及小区ID等。考虑到地面通信系统设计的5G传输方法不能直接应用到低轨卫星通信系统，但地面移动通信流量爆炸式增长，为实现通信网络的全球无缝覆盖和无缝切换，需要在无需更改现有NR地面移动通信标准的情况下设计一种利用5G新型无线空口规定的同步序列在星地链路中实现较为准确的时频同步。
[0036]m序列是线性反馈位移寄存器生成的二进制数字伪随机序列，该序列容易生成且具有良好的自相关和互相关特性，且对频率偏移并不敏感。同于LTE系统选用的ZC序列，NR选取m序列作为下行主同步序列的生成序列，定义的主同步信号主要用于获取小区组内物理层ID及实现时频同步。接下来对5G NR的PSS信号生成过程进行简要的介绍
[0037]5G NR物理层协议规定PSS生成序列d
pss
(k)在频域上占据连续127个子载波d
pss
(k)可表示为
[0038][0039]其中表示取值范围为0～2的组内物理层小区ID号，该参数是为了区分相邻小区的主同步序列。序列x(p)采用迭代方式生成，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器实现方法，其特征在于，在PSS时频估计算法基础上，利用多个正交频分复用符号的循环前缀作为辅助信息以提升同步性能，通过先使用CP估计小数倍频偏，再使用PSS估计完整的载波频偏；配合嵌入srsRAN开源项目中已有的5G NSA网络架构，即得到基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器。2.一种基于srsRAN的天地融合5G终端模拟器实现方法，其特征在于，使用CP估计小数倍频偏，再使用PSS估计完整的载波频偏的具体方法为：S1.从射频缓存接收基带信号，并进行抗混叠滤波处理；S2.计算经S1处理的接收信号与K组本地同步序列的互相关结果，获得K个时频估计结果；S3.对S2中的K个时频估计结果进行二维搜索，更新时频估计峰值；S4.重复S1
‑
S3直至遍历一整个无线帧，获得多个时频估计二维搜索结果；S5.对S4获得的多个时频估计二维搜索结果进行一维搜索，寻找最大峰值对应的时偏估计值和整数倍频偏估计值S6.计算S5搜索到的最大峰值对应的信噪比,若大于阈值则完成时间同步和频率粗同步，若小于阈值则重复S1
‑
S6；S7.利用多个OFDM循环前缀对经S1处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄佳唯，张琦，王闻今，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：