介绍

小区搜索和选择是用户设备(UE)尝试接入LTE网络的第一步。细胞搜索和选择过程包括检测候选eNodeB信号，然后选择一个进行同步。这包括确定所选择的eNodeB的物理层单元标识(单元ID)和双工模式。此外，UE在此过程中获得频率和定时同步。一旦完成这个过程，UE就可以解调由小区传输的OFDM信号，并恢复其主信息块(MIB)。一个具有HDL代码生成功能的MIB恢复模型，它重用了这里所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工具箱的小区搜索功能单元搜索、MIB和SIB1恢复(LTE工具箱)。然而，这些算法已经针对HDL代码生成进行了优化。LTE工具箱在本示例的开发中被广泛使用。这里描述的HDL模型执行以下功能:

HDL模型中的频率恢复算法只能校正小于+-7.5kHz的偏移量。通过外部控制器驱动输入和监控输出，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使用模拟设备AD9361/AD9364的LTE MIB恢复和小区扫描仪(Xilinx Zynq-Based Radio金宝app通信工具箱支持包)的例子。

一旦模型完成小区搜索和选择过程，它将输出小区ID、双工模式和小区的非均衡资源网格。此功能如下所示。模型支持具有15 kHz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）两种模式都受支持。双工模式将自动检测。金宝app

LTE标准提供了两种物理信号以帮助细胞搜索过程。这些是主同步信号(PSS)和次级同步信号(SSS)。LTE下行同步信号详见附录A。

示例结构

模型由5个文件组成:

请注意：LTEHDLDOWNLinkSyncDerm.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LTEHDLDOWNLinkSyncDerm在MATLAB命令行。

模型架构

单元搜索和选择子系统的结构如下所示。输入是以30.72 Msps采样的复杂16位数据。将信号传递到两个信号处理数据路径;一个是1.92 Msps，一个是30.72 Msps。在1.92 Msps数据路径上进行频率恢复和PSS检测。使用这个采样率有两个原因。首先，现阶段小区带宽尚不清楚，因此为恢复频率，假设LTE最小带宽为1.4 MHz。这种方法与实际的小区带宽无关。其次，PSS和SSS只占用6个中央资源块(1.4 MHz)。因此，可以有效地在1.92 Msps下进行检测，并使用资源共享技术来优化硬件实现。

下面的步骤描述接收器操作。

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。

单元搜索Simulink金宝app模型

最高级的ltehdlCellSearch.slx如下所示。这个模型的引用LTEHDLDOWNLinkSyncDerm.slx。ltehdlCellSearch_init.m是由InitFcn回调,ltehdlCellSearch_analyze.m是由StopFcn回调。该模型使用停止当(i)中的任意一个子帧产量为5或(ii)cellSearchDone断言真正的没有检测到细胞。的HDL代码可以生成手机搜索高密度脂蛋白子系统。

的手机搜索高密度脂蛋白子系统主要是LTEHDLDOWNLinkSyncDerm模型它包含一个模型挡块(下行同步解调)哪些参考文献LTEHDLDOWNLinkSyncDerm.slx，及诊断到工作区子系统，它记录所有诊断输出。诊断输出由ltehdlCellSearch_analyze.m生成显示内部操作的图。

下行同步和解调模型参考

的LTEHDLDOWNLinkSyncDerm模型参考实现了所有小区搜索、同步和OFDM解调功能。附录B详细说明了该模型实现的单元搜索和选择算法。最高层LTEHDLDOWNLinkSyncDerm与前面介绍的体系结构非常匹配。

模型输入：

模型输出:

LTEHDLDOWNLinkSyncDerm在初始化过程中使用两个无线HDL工具箱™示例函数:ltehdlDefineReceiverBuses和ltehdlDownlinkSyncDemodConstants。ltehdlDefineReceiverBuses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LTEHDLDOWNLinkSyncDerm. 只有detectorDiagnosticsBus这里使用函数的输出。总线对象存储在基本工作区中，使其对LTEHDLDOWNLinkSyncDerm和ltehdlCellSearch模型。

[~, ~, ~, ~, detectorDiagnosticsBus] = ltehdlDefineReceiverBuses ();

该模型依赖于存储在名为cellDetectorConfig. 此结构由ltehdlDownlinkSyncDemodConstants函数，仅在LTEHDLDOWNLinkSyncDerm模型参考。因此，它是在模型工作空间中定义的，而不是在基础工作空间中定义的。使用模型资源管理器查看模型工作区，其中包含以下初始化代码。

cellDetectorConfig = ltehdlDownlinkSyncDemodConstants (30.72 e6);

内部结构LTEHDLDOWNLinkSyncDerm显示。

的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。的瞬时切除块从样本流中删除由于该组延迟而导致的初始瞬态。这很重要，因为帧定时偏移是在1.92 Msps流上测量的，然后用于在30.72 Msps流上恢复定时。从抽取滤波器链中去除初始瞬态，简化了传输时序信息的逻辑。

的FrequencyEstimation子系统使用循环前缀来估计传入信号的频率偏移。每960个样品AngleAtMaximum子系统选择最强的相关峰并记录其相位角。的AngleFilter子系统实现了一个窗口持续时间为10 ms的平均滤波器。产生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。算法性能随着信号在时域中的稀疏性而降低，例如在具有低下行链路与上行链路比率的TDD模式配置中。这种退化会降低后续处理阶段检测和解码信号的能力。附录B提供了有关如何使用循环前缀来估计频率偏移的更多信息。

的同步信号搜索子系统实现PSS和SSS检测。在设计的这一部分，时间是至关重要的，因为SSS搜索器的帧定时信息搜索器识别SSS搜索位置。的搜索器提供validOut信号是由流同步器阻塞以延迟输入流并补偿搜索器管道延迟。将输入流同步到搜索器输出简化了设计SSS搜索器。

的搜索器由两个子系统组成:相关器和最大峰值搜索器。这些子系统共同实现了附录B中描述的PSS搜索算法。

的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。

一旦手机搜索正在进行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，然后马克斯SSS可能性子系统计算相关度量和阈值。然后对TDD位置样本应用相同的操作马克斯SSS可能性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收回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。

搜索模型初始化脚本%生成ltehdlCellSearch模型所需的工作空间变量。SamplingRate = 30.72 e6;simParams。Ts = 1 / SamplingRate;%选择从文件中加载捕获的非空中波形，%或使用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”);dataIn =重新取样(rxWaveform SamplingRate, fs);其他的使用LTE工具箱生成测试波形。dataIn = hGenerateDLRXWaveform ();终止%标度信号电平在-1至+1范围内。数据输入=0.95*数据输入/最大值（绝对值（数据输入））；%开始1个子帧进入波形(任意选择)。startIn = false(长度(dataIn), 1);startIn (1 e - 3 * SamplingRate) = true;%配置PSS和SSS尝试次数PSSAttempts = 2;SSSAttempts = 4;确定停止时间。simParams。stopTime = ((dataIn) 1)长度/ SamplingRate;

分析脚本

ltehdlCellSearch_analyze.m被称为StopFcn收回ltehdlCellSearch.slx。该脚本严重依赖于ltehdlCellSearchTools.m分析模型输出并显示图形。

%ltehdlCellSearch模型分析脚本%后处理模型输出并生成图。检查是否存在要分析的仿真输出。如果存在(“出去”，“var”) & & ~ isempty (out.PSSDetected)%对模型输出进行后处理，提取关键单元参数，%数字和信号。[signals, report] = ltehdlCellSearchTools.processOutput(dataIn,startIn,out);%绘制结果ltehdlCellSearchTools.figure (“输入波形和搜索阶段”);clf;ltehdlCellSearchTools.plotSearchStates(信号,报告);ltehdlCellSearchTools.figure (频率估计的); clf；ltehdlCellSearchTools.绘图频率估计（信号、报告）；ltehdlCellSearchTools.figure(“PSS搜索”);clf;ltehdlCellSearchTools.plotPSSCorrelation(信号,报告);ltehdlCellSearchTools.figure (“SSS搜索”); ltehdlCellSearchTools.plotSSSCorrelation（信号、报告）；终止

分析工具类

该类包含用于分析和绘制模型输出的辅助函数。指ltehdlCellSearchTools.m为更多的信息。

仿真输出与分析

控件中的运行按钮可执行模拟ltehdlCellSearch模型。金宝appSimulink会自动调用ltehdlCellSearch_init和ltehdlCellSearch_analyze经由InitFcn和StopFcn回调。请注意，将需要一段时间来构建LTEHDLDOWNLinkSyncDerm第一次运行时的模型参考。模拟生成两种主要类型的输出：（i）显示在顶层的方块ltehdlCellSearch框图显示了关键的检测参数，(ii)仿真结束时生成4个图。

的NCellID，TDD模式，定时偏移，频繁，cellDetected和cellSearchDone所有输出都有关联显示块。它们的值如下所示，在使用捕获的非空中波形(eNodeBWaveform.mat)作为刺激。

的输入波形和搜索阶段图中显示：

的频率估计图显示了频率估计器与时间的输出。在10毫秒的频率估计时间窗口结束时，频率估计被加载到寄存器中，用于校正频率偏移。这个值也显示在图中。在这种情况下，频率偏移刚好低于500hz，这在频率恢复算法的-7.5 kHz到+7.5 kHz的工作范围内。

单元格ID由两个组件组成，NCellID1和NCellID2,在那里NCellID1是SSS序列号，和NCellID2是PSS序列号（见附录A）。这个PSS搜索图显示了所有三个PSS相关器输出，以及PSS阈值。因此，PSS在PSS #1的波形中检测到大约17毫秒NCellID2 = 1。

的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:

SSS序列对应于前半帧，在FDD位置检测SSS。因此SSS序列号为25NCellID1 = 25. 因此，最终单元ID为：

ncelllid = 3* ncelllid1 + ncelllid2 = 76。

HDL代码生成与验证

要为本例生成HDL代码，您必须具有HDL编码器™ 许可证。使用makehdl和makehdltb用于生成HDL代码和HDL测试台的命令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，测试台生成可能需要一段时间。

的手机搜索高密度脂蛋白子系统在Xilinx®Zynq®-7000 ZC706评估板上合成。驿站和路线资源利用结果如下表所示。该设计满足200 MHz时钟频率的定时要求。

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。这些是主同步信号(PSS)和次级同步信号(SSS)。

eNodeB的cell ID编码在PSS和SSS中。双工模式、循环前缀长度和帧定时可以从它们在接收信号中的位置确定。PSS和SSS每帧传输两次。有3种可能的PSS序列，eNodeB每半帧传输相同的PSS。对于每个PSS，在帧的前半部分有168种可能的SSS序列，在帧的后半部分有168种不同的可能SSS序列。这意味着一旦SSS被检测到，接收器就知道它是在帧的前半部分还是后半部分。PSS和SSS序列取决于细胞ID，因此有3 * 168 = 504个可能的细胞ID。单元格ID是

ncelllid = 3* ncelllid1 + ncelllid2

其中NCellID2为0 ~ 2的PSS序列号，NCellID1为0 ~ 167的SSS序列号。PSS的每个实例占用一个OFDM符号的62个子载波，SSS的每个实例也是如此。在普通循环前缀模式下，PSS和SSS信号的位置如下:

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-单元搜索和选择算法

介绍模型检测eNodeB信号时采用的算法。该算法旨在应对真实世界的条件，如频率偏移、噪声和干扰，以及PSS和SSS的信噪比随时间的变化。为了在这种情况下检测eNodeB，该示例使用了三种技术:

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部分和一个循环前缀(CP)。CP是通过从符号的末端复制一小片并将其前置到符号的开始而生成的。这可以在接收机中利用，通过将接收信号与自身的一个延迟版本的复共轭相乘，然后对CP持续时间进行积分，其中延迟是有用部分的持续时间。实际上，接收到的信号与自身的延迟版本是相互关联的。积分器输出的幅度在符号边界处有峰值。信号在这些峰值处的相位角与频率偏移有关。在本例中使用了这种方法，并结合额外的平均，来估计频率偏移。该算法可以检测从-7.5 kHz到+7.5 kHz的频率偏移。

PSS检测

PSS检测是通过在时域内将接收到的信号与所有三个可能的PSS序列连续相互关联来实现的。此外，在每个时间步长上计算信号在相关器范围内的能量，然后按比例缩放生成阈值。PSS检测算法的目标是通过在10 ms时间窗内选取最大的PSS相关度量来选取最强的单元。下面的伪代码描述了搜索算法:

初始化前10毫秒搜索窗口的位置

for k = 1 to 4 (PSS尝试次数)

查找超过阈值的相关水平，如果任何相关水平超过阈值，查找超过阈值的最大相关水平PSS检测到:中断循环并开始SSS搜索，否则PSS未检测到:将搜索窗口移动到下一个10ms周期结束

SSS检测

一旦PSS被定位，探测器可以将SSS的位置缩小到两个可能的位置;一个用于FDD，一个用于TDD。SSS相关度量是在频域计算，通过评估序列的点积。下面的算法用于搜索和选择SSS序列。

初始化SSS搜索窗口

对于k=1到8（SSS尝试次数）

对于[FDD，TDD]中的每个双工模式，提取当前双工模式的128点搜索窗口计算FFT，并提取SSS子载波计算对应于前半帧的SSS序列的相关度量计算对应于后半帧的SSS序列的相关度量计算基于信号能量的阈值结束

如果任何度量超过阈值，则丢弃不超过阈值的相关度量从检测到的剩余度量SSS中选取最大相关度量：中断循环并继续下一个处理阶段，否则未检测到SSS：将SSS搜索窗口稍后移动半帧结束

终止

手机搜索插图

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。接收机首先测量频率偏差，这需要10毫秒。接下来，进行前10毫秒的PSS搜索。在这种情况下，没有检测到PSS，因此启动第二次PSS搜索。这次检测到PSS。第一次SSS搜索发生在检测到PSS的位置后不到10毫秒，避免了缓冲大量数据的需要，并使算法硬件友好。如图所示，SSS在这种情况下也进行了两次尝试。从检测到的SSS的位置，接收器知道双工模型(在本例中是FDD)和帧定时。

工具书类

1.3GPP TS 36.214“物理层”