1. 研究目的与意义
背景：目前，4G 系统已经全面部署，4G 技术也趋于成熟，近年科学技术的进步再次 推动了移动互联网和工业物联网的发展，新的多媒体移动业务不断涌现，譬如虚 拟现实、智能交通、远程医疗、远程办公等新应用的加入，使得用户数、移动设备 连接数、数据流量的增长远超预期，当前系统将无法满足持续增长的通信需求， 面向未来通信发展的 5G（The 5th Generation Mobile Communication，第五代移动通 信）系统的研发和商用已经在全球范围内开展。
欧盟在 2013 年初宣布启动意义 5G 与其他移动通信系统类似，5G 系统中终端和无线网络建立通信时也需要依靠小 区搜索，这是终端开机之后的首要步骤，也是影响通信系统性能的关键一步[8-10]。
小区搜索过程利用 PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）序列以及 SSS （Secondary Synchronization Signal，辅同步信号）序列实现下行的定时同步和频率 同步，得到当前覆盖范围内的小区标识，通过解调广播信道获取系统信息以及其 他参数，从而进行后续的随机接入等流程
2. 课题关键问题和重难点
细定时算法目前粗定时同步位置可通过粗定时同步过程来确定，但在 PSS粗定时同步中，采用16倍降采样处理接收信号，使估计的同步精度误差增大。
另外，在初始定时同步时，接收信号存在频偏，尽管改进的粗定时同步算法采用了预设定频偏补偿和分段处理，但仍会受到剩余频偏的影响，使当前的定时同步位置与理论上的同步位置发生偏差。
细定时的公式如下：公式PSS精定时同步位置可通过如下表达式获得：公式基于此方法完成了下行的细时序同步过程，从而准确地知道同步序列在接收信号的起始位置，从而确定 FFT解调窗口。
3. 国内外研究现状（文献综述）
与其他移动通信系统类似，5G 系统中终端和无线网络建立通信时也需要依靠小 区搜索，这是终端开机之后的首要步骤，也是影响通信系统性能的关键一步。
文献Tsai P. Y., Hsiang W. C. A new cell search scheme in 3GPP long term evolution downlink, OFDMA system[C]//2009 International Conference on Wireless Communication Signal Processing. Nanjing, China: IEEE Press, 2009: 1-5.提出一种 PSS 逐点滑动相关算法，该算法利用 PSS 主同步 信号具有的良好自相关性和互相关性，将接收到的信号同本地主同步序列进行逐点 滑动相关，该算法原理简单，在高信噪比下有很强的相关性，但是接收信号数据量 过大，计算复杂度较高。
文献]Morelli M., Moretti M. A robust maximum likelihood scheme for PSS detection and integer frequency offset recovery in LTE systems[J]. IEEE Transactions on Wireless Communication, 2016, 15(2): 1353-1362. 对逐点滑动相关算法进行了一定优化，提出在相 关之前对接收信号低通滤波和降采样处理，以减少数据量，降低计算复杂度。
4. 研究方案
1. 分析了小区搜索的一般流程，深入研究了 5G 小区搜索技术所涉及的传统定时同步算法、频偏估计算法、SSS 检测算法的实现原理，在此基础上，搭建 MATLAB仿真平台对小区搜索各模块算法进行性能分析，为小区搜索算法的优化与实现提供依据。
2. 根据 5G 定时同步模块的特点，提出一种基于分段相关的改进算法，通过对本地序列补偿频偏，实现了抵抗频偏和估计频偏的作用，并联合 FFT 和重叠分块来代替线性相关，优化了运算复杂度。
改进算法还利用相关功率谱的卡方分布特性来进行自适应门限判决，提升了定时同步对低信噪比和频偏的鲁棒性，。
5. 工作计划
1. 论文中 5G 小区搜索过程未涉及 SS/PBCH 块的解调过程，5G 与 LTE 系统的PBCH 解调方式差别较大，后续研究中考虑如何利用 SS/PBCH 块的结构特点实现快速解调。
2. 论文探讨了高速环境下产生的大频偏对系统的影响，后续还需进一步研究高速场景中小区频繁切换时如何实现 5G 小区搜索。
3. 由于个人水平所限，使用 DSP 实现 5G 小区搜索时尚未完全发挥 Maotu DSP的性能，相关的定点处理和指令集使用上还有优化的空间，后续还需减少本地存储资源的使用。
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