介绍

小区搜索和选择是用户设备（UE）在尝试接入LTE网络时采取的第一步。小区搜索和选择过程包括检测候选eNodeB信号，然后选择一个信号进行同步。这包括确定所选eNodeB的物理层小区标识（小区ID）此外，UE在此过程中获取频率和定时同步。一旦完成此过程，UE可以解调小区发送的OFDM信号并恢复其主信息块（MIB）中介绍了一种具有HDL代码生成功能的MIB恢复模型，该模型重用了此处显示的单元搜索和选择功能LTE HDL MIB恢复．

本示例中的功能基于LTE工具箱的单元搜索功能小区搜索，MIB和SIB1恢复（LTE工具箱）。但是，算法已针对HDL代码生成进行了优化。LTE工具箱广泛用于本示例的开发。此处描述的HDL模型执行以下功能：

HDL模型中的频率恢复算法只能纠正小于+-7.5kHz的偏移。通过使用外部控制器驱动输入和监测输出，可以实现大于+-7.5kHz的大频率偏移恢复。大频率偏移校正的演示可以在LTE MIB Recovery and Cell Scanner Using Analog Devices AD9361/AD9364（基于Xilinx Zynq的无线电通信工具箱支金宝app持包）实例

一旦模型完成了小区搜索和选择过程，它会输出单元格的小区ID，双工模式和小区的不均衡资源网格。此功能如下所示。该模型支持具有15 金宝appkHz子载波间隔和正常循环前缀长度的下行链路信号。频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式都支持。金宝app自动检测双工模式。

LTE标准提供了两个物理信号帮助小区搜索过程。这些是主要同步信号（PSS）和次级同步信号（SSS）。有关LTE下行链路同步信号的更多信息，请参阅附录A.

示例结构

该模型由5个文件组成：

笔记：ltehdlDownlinkSyncDemod.slx不会出现在示例工作文件夹中，因为它与其他示例共享。该文件在MATLAB路径上，可以通过输入打开ltehdlDownlinkSyncDemod在matlab命令行。

模型架构

小区搜索和选择子系统的结构如下所示。输入是在30.72 MSPS采样的复杂16位数据。信号传递到两个信号处理数据路径;一个在1.92 msps，一个在30.72 msps。在1.92 MSPS数据路径上执行频率恢复和PSS检测。此采样率被使用了两个原因。首先，在该阶段不知道单元带宽因此，假设为频率恢复的最小LTE带宽为1.4MHz。无论实际的单元带宽如何，这种方法都可以运行。其次，PSS和SSS仅占六个中央资源块（1.4 MHz）。因此，可以在1.92 MSPS下有效地执行检测，并且可以使用资源共享技术来优化硬件实现。

以下步骤描述了接收器操作。

附录B提供了本例中使用的单元格搜索和选择算法的更多细节。

小区搜索Simulink金宝app模型

顶级ltehdlCellSearch.slx如下所示。这个模型参考文献ltehdlDownlinkSyncDemod.slx．ltehdlCellSearch_init.m被召唤InitFcn回调,ltehdlcellsearch_analyze.m.被召唤stopfcn.打回来。该模型使用停止当(i)中的任意一个次帧产出为5或（ii）cellSearchDone被断言了真正的并且没有检测到单元。可以为该单元生成HDL代码手机搜索高密度脂蛋白子系统。

这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(下行同步解调器),引用ltehdlDownlinkSyncDemod.slx和A.诊断到工作区子系统，记录所有诊断输出。使用诊断输出ltehdlcellsearch_analyze.m.生成显示内部操作的图。

下行同步和解调模型参考

这ltehdlDownlinkSyncDemod模型引用实现所有小区搜索，同步和OFDM解调功能。附录B详细说明该模型实现的小区搜索和选择算法。顶级ltehdlDownlinkSyncDemod与早些时候呈现的架构密切相关。

模型的输入:

模型输出:

ltehdlDownlinkSyncDemod在初始化过程中使用两个无线HDL工具箱™示例函数:LTEHDLEDE总线和ltehddownlinksyncdemodconstants.．LTEHDLEDE总线与其他无线HDL工具箱示例共享，并定义了一组Simulink总线。金宝app函数中调用此函数InitFcn的ltehdlDownlinkSyncDemod．只有Decordordiagnosticsbus.这里使用函数的输出。总线对象存储在基本工作区中，使其可供ltehdlDownlinkSyncDemod和ltehdlCellSearch模型。

[〜，〜，〜，〜，detecordiagnosticsbus] = ltehddefinereceiverbuses（）;

该模型依赖于预先计算的常量和存储在一个调用的结构中的查找表celldetectorconfig．这种结构是由ltehddownlinksyncdemodconstants.功能，只在内部使用ltehdlDownlinkSyncDemod模型参考。因此，它在模型工作区而不是基础工作空间中定义。使用Model Explorer查看模型工作区，其中包含以下初始化代码。

cellDetectorConfig = ltehdlDownlinkSyncDemodConstants (30.72 e6);

内部结构ltehdlDownlinkSyncDemod显示。

这大量毁灭过滤器子系统将输入数据从30.72 Msps重采样到1.92 Msps。它包括CIC抽取、CIC增益补偿、CIC下垂补偿和瞬态消除。滤波器链被设计成在1.92 Msps时具有等于一个整数个数的样本的群延迟。这瞬时切除由于该组延迟来自样本流，块会删除初始瞬态。这是重要的，因为在1.92 MSPS流上测量帧定时偏移，然后用于在30.72 MSPS流上恢复定时。从抽取滤波器中删除初始瞬态简化了传输定时信息的逻辑。

这FrequencyEstimation子系统使用循环前缀来估计传入信号的频率偏移。每960个样本，angleatmaximum.子系统选择最强的相关峰并记录其相位角。这角度亮子系统实现平均滤波器，窗口持续时间为10 ms。得到的相位角用作频率估计。频率估计算法针对存在连续LTE信号的场景进行了优化。算法性能随着时域中的信号的疏散性而劣化，例如在具有低下行链路到上行比率的TDD模式配置中。这种劣化可以降低后续处理阶段检测和解码信号的能力。附录B提供有关如何使用循环前缀如何估算频率偏移的更多信息。

这同步信号搜索子系统实现PSS和SSS的检测。在这部分设计中时间是至关重要的，因为SSS搜索器使用来自的帧定时信息PSS搜索者以确定SSS搜索位置PSS搜索者提供A.瓦利多特信号是由流同步器块延迟输入流并补偿PSS搜索者管道延迟。正在将输入流同步到PSS搜索者输出简化了设计的设计SSS搜索器．

这PSS搜索者由两个子系统组成:相关器和最大峰值搜索器.这些子系统一起实施附录B中所述的PSS搜索算法。

这相关器子系统包含三个PSS序列的每个匹配滤波器，以及一组确定阈值的子系统。为防止小信号触发误报，在阈值上设置了一个下限。PSS相关器和阈值产生逻辑有不同的管道延迟，因此，流同步器被用来重新对齐它们的输出。

一旦电池搜索正在进行中，就会SSS搜索器在循环缓冲液中持续存储样品。一旦检测到PSS，它将继续将样本加载到缓冲区中，直到到达并存储SSS搜索位置。方法提供的PSS时序信息计算出SSS搜索位置PSSEndTimingOffset信号。接下来，从缓冲区读取FDD位置样本，通过128点FFT，以及最大可能性sss.子系统计算相关度量和阈值。然后将相同的操作应用于TDD位置样本。这最大可能性sss.子系统选择超过阈值的最大相关度量，并确定双工模式和帧定时。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被称为InitFcn回调ltehdlCellSearch.slx．刺激可以从包含捕获的空中波形的文件加载，或使用LTE工具箱生成。

％ltehdlcellsearch模型初始化脚本%生成ltehdlCellSearch模型所需的工作区变量。samplingrate = 30.72e6;SimParams.ts = 1 / SamplingRate;％选择从文件加载捕获的偏离空中波形，%或者使用LTE工具箱生成测试波形。loadfromfile = true;如果loadfromfile%负载捕获的非空中波形。负载(“eNodeBWaveform.mat”)；数据输入=重采样（RX波形、采样率、fs）；别的％使用LTE工具箱生成测试波形。Datain = hgeneratedlrxwaveform（）;结尾%比例信号电平在-1到+1的范围内。Datain = 0.95 * Datain / Max（ABS（数据））;％将1子帧启动到波形（任意选择）。startIn=false（长度（数据输入），1）；startIn（1e-3*SamplingRate）=true；%配置PSS和SSS尝试次数PSSAttempts = 2;SSSAttempts = 4;％确定停止时间。simparams.stoptime =（长度（数据）-1）/采样;

分析脚本

ltehdlcellsearch_analyze.m.被称为stopfcn.回调ltehdlCellSearch.slx.此脚本严重依赖于ltehdlcellsearchtools.m.分析模型输出并显示图。

％ltehdlcellsearch模型分析脚本％后处理模型输出并生成图。％检查是否存在仿真输出来分析。如果存在('出去'那'var'）&&〜isempty（out.pssdetected）%对模型输出进行后处理，提取关键单元参数，％diganostics和信号。[signals, report] = ltehdlCellSearchTools.processOutput(dataIn,startIn,out);%绘制结果ltehdlcellsearchtools.figure（'输入波形和搜索阶段'); clf；ltehdlCellSearchTools.绘图搜索状态（信号、报告）；ltehdlCellSearchTools.figure(“频率估计”）;clf;ltehdlcellsearchtools.plotfrequenceStimate（信号，报告）;ltehdlcellsearchtools.figure（'PSS搜索'）;clf;ltehdlCellSearchTools.plotPSSCorrelation(信号,报告);ltehdlcellsearchtools.figure（'sss search'）;ltehdlcellsearchtools.plotssscorrelation（信号，报告）;结尾

分析工具类

此类包含用于分析和绘制模型输出的辅助功能。参考ltehdlcellsearchtools.m.了解更多信息。

仿真输出与分析

要执行模拟，请使用运行按钮ltehdlCellSearchSimulin金宝appk将自动调用ltehdlCellSearch_init和ltehdlCellSearch\u分析通过InitFcn和stopfcn.回调分别。请注意，建立一段时间ltehdlDownlinkSyncDemod第一次运行时的模型参考。仿真生成两种主要类型的输出:(i)展示在顶级的块ltehdlCellSearch框图显示键检测参数，（ii）在模拟结束时生成四个图。

这NCellID那TDDMode.那TimingOffset.那频率那细胞,cellSearchDone所有输出都有关联的展示块。它们的值在使用捕获的空中波形的模拟结束时显示如下(eNodeBWaveform.mat)刺激。

这输入波形和搜索阶段图显示:

这频率估计图中显示了频率估计器的输出与时间的关系。在10 ms频率估计时间窗口结束时，频率估计被加载到寄存器中，并用于校正频率偏移。该值也显示在图上。在这种情况下，频率偏移刚好低于500 Hz，在-7.5 kHz至+7.5 kHz范围内频率恢复算法的适用范围。

小区ID由两个组件组成，ncellid1.和ncellid2.哪里ncellid1.是SSS序列号，也是SSS序列号ncellid2.是PSS序列号（见附录A）。这PSS搜索图中显示了所有三个PSS相关器输出和PSS阈值。因此，在PSS#1上的波形中检测到PSS约17 msNCellID2 = 1．

这SSS搜索plot显示了成功SSS检测尝试的相关度量，以及SSS阈值。如前所述，SSS检测算法确定双工模式和半帧位置，以及cell ID。因此，在每次尝试中计算出4*168 = 672个相关度量。相关指标沿x轴的顺序如下:

在对应于前半帧的SSS序列的FDD位置检测到SSS。因此，SSS序列号为25ncellid1 = 25.．因此，最终的单元格ID是：

NCellID=3*NCellID1+NCellID2=76。

HDL代码生成与验证

要为此示例生成HDL代码，必须具有HDL Coder™许可证。使用makehdl和makehdltb命令来生成HDL代码和HDL测试台手机搜索高密度脂蛋白子系统。请注意，由于生成的测试向量的长度，测试禁止生成可能需要一段时间。

这手机搜索高密度脂蛋白子系统在Xilinx®Zynq®-7000 ZC706评估板上合成。岗位和路线资源利用情况如下表所示。该设计满足时钟频率为200mhz的定时要求。

资源使用_______________ _____ Slice register 44658 Slice LUTs 20271 RAMB18 25 RAMB36 11 DSP48 110

附录A - LTE下行链路同步信号

LTE提供了两个物理信号以辅助单元搜索和同步过程。这些是主要同步信号（PSS）和次级同步信号（SSS）。

eNodeB的单元ID在PSS和SSS中编码。可以从接收信号内的位置确定双工模式，循环前缀长度和帧定时。PSS和SSS每帧发送两次。有3个可能的PSS序列，eNodeB每半帧发送相同的PSS。对于每个PSS，在帧的前半部分中有168个可能的SSS序列，并且在帧的后半部分中的168个不同可能的SSS序列。这意味着一旦检测到SSS，接收器就会知道它是否处于帧的第一个或第二个半部分。因此，PSS和SSS序列取决于单元ID，因此，存在3 * 168 = 504可能的小区ID。单元格ID是

ncellid = 3 * ncellid1 + ncellid2

其中NCELID2是0到2之间的PSS序列号，NCELID1是0到167之间的SSS序列号。PSS的每个实例占用一个OFDM符号的中心62个子载波，SSS的每个实例也是如此。对于正常循环前缀模式，PSS和SSS信号的位置如下所示：

每个子帧有14个符号，从0到13编号。因此，在FDD模式下，PSS在SSS之后发送一个OFDM符号，而在TDD模式下，PSS在SSS之后发送三个OFDM符号。这种相对定时的差异允许接收端区分两种双工模式。PSS和SSS在FDD和TDD模式下无线电帧中的位置如下图所示。

有关更多详情，请参阅同步信号（PSS和SSS）（LTE工具箱）．

附录B - 小区搜索和选择算法

本节介绍模型使用以检测eNodeB信号的算法。该算法旨在应对诸如频率偏移，噪声和干扰等现实的世界条件，以及随着时间的推移频率偏移，噪声和干扰，以及PSS和SSS的SNR的变化。为了在存在这种情况下检测eNodeB，该示例使用三种技术：

频率恢复

频率恢复是利用接收信号的时域结构来实现的。在LTE中(和其他基于OFDM的系统一样)，每个符号由一个有用的一部分和一个循环前缀（CP）。通过从符号的末尾复制小片并将其提前输入符号的开始生成CP。这可以通过将接收信号与自身的延迟版本的复杂共轭乘以，然后在CP持续时间跨越CP持续时间来利用这一点，其中延迟是有用部分的持续时间。实际上，接收信号与自身的延迟版本交联。积分器输出的大小在符号边界处具有峰值。这些峰值处的信号的相位角与频率偏移有关。该方法用于本示例，并与附加平均组合以估计频率偏移。该算法可以检测-7.5 kHz至+7.5 kHz的频率偏移。

PSS检测

通过将接收的信号与时域中的所有三种可能的PSS序列连续地交联来执行PSS检测。另外，在每个时间步骤中计算相关器的跨度内的信号的能量，然后缩放以产生阈值。PSS检测算法旨在通过在10毫秒的时间窗口内挑选最大PSS相关度量来选择最强的单元格。以下伪代码描述了搜索算法：

初始化前10名MS搜索窗口的位置

对于k = 1到4（PSS尝试数量）

查找超出阈值的相关级别如果任何相关级别超过阈值，则查找超过检测到阈值PSS的最大相关级别：中断循环和启动SSS搜索未检测到的PSS：将搜索窗口移动到接下来的10ms周期结束

SSS检测

一旦PSS定位，探测器就可以缩小SSS到两个可能的位置的位置;一个用于FDD和一个用于TDD。SSS相关度量通过评估序列的点乘积来计算在频域中。以下算法用于搜索并选择SSS序列。

初始化SSS搜索窗口

for k = 1 to 8 (SSS尝试次数)

对于当前双工模式的[FDD，TDD]提取128点搜索窗口中的每个双工模式计算FFT和提取SSS子载波的SSS子载波的SSS序列的计算相关度量对应于对应于第2个半帧计算信号的SSS序列的SSS序列的SSS序列的相关度量基于阈值结束

如果任何指标超过阈值，则丢弃不超过阈值的相关指标:从SSS检测到的幸存指标中选择最大的相关指标:中断循环并进入下一个处理阶段，否则SSS未检测到:将SSS搜索窗口稍后移动半帧结束

结尾

小区搜索插图

cell search算法如下图所示，其中PSS和SSS分别尝试2次来检测有效信号。图中还显示了频率恢复阶段。最初，接收机不知道接收到的信号帧定时。在Simuli金宝appnk模型中(和在硬件上)，a开始输入用于触发检测过程。接收器开始通过测量频率偏移，这需要10毫秒。接下来，发生前10毫秒PSS搜索。在这种情况下，未检测到PSS，因此启动第二PSS搜索。此时间PSS被检测到。在检测到的PSS位置之后，第一个SSS搜索只需10毫秒即可，避免需要缓冲大量数据，并使算法友好。如图所示，SSS在这种情况下也需要两次尝试。从检测到的SSS的位置，接收器知道双工模型（在这种情况下FDD）和帧定时。

参考文献

1.3GPP TS 36.214“物理层”