高速移动环境下TD-LTE上行链路传输技术的研究

摘要

为了满足高速数据传输业务以及需求，新一代长期演进的移动通信系统(LTE)应运而生，其下行采用了正交频分复用多址(OFDMA)的技术，上行采用了单载波频分复用(SC-FDMA)的技术。高速运动环境下多普勒频移的增大会使得信道产生快速时变的衰落，并且破坏了子载波之间的正交性，使得系统尤其是上行链路的性能受到严重的影响。因此，对于高速移动环境下上行链路传输系统，本文从多普勒频偏的估计技术和时变信道的估计技术两个方面来进行了较为深入的研究，下面即为本文主要的研究工作内容:
　　首先进行了上行链路信道的研究，分析研究了高速移动传输信道以及影响上行链路传输系统性能的主要因素，给出了国内外的高铁信道模型，进行了国内的高铁在不同场景下信道传输模型的研究，并且得到了上行链路传输系统的时变信道模型。此外，从相同信道场景和不同信道场景两个方面，分析了影响TD-LTE上行链路系统性能的几个主要因素。
　　其次进行了上行链路中多普勒频偏估计技术的研究，研究了现有的传统频偏估计的算法，提出了改进的频偏估计算法。在高速场景下，改进方法采用粗估计与精估计结合的方法，利用自回归模型在子帧之间对于频偏估计值进行跟踪处理，因此提高了估计的精度，降低了噪声的干扰以及计算复杂度。给出了改进算法与现有算法系统性能仿真比较，结果表明改进算法具有更好的性能增益。
　　最后进行了上行链路中时变信道估计技术的研究，分析了现有的信道估计算法，根据现有信道估计算法的不足之处提出了改进算法，即先在重新定义的变换域中处理，在一子帧的长度上利用多项式拟合的方法得到信道上所有符号上的参数估计值，在子帧间采用带有变化跟踪因子的AR模型进行跟踪处理，因此提高了信道上导频符号两端数据符号参数估计值的精度，再根据信道之间的转换关系，将其从变换域转换到频域中。所得到的信道估计响应是可以进行频域均衡的。仿真分析比较了改进算法与现有算法系统的性能优劣，改进算法降低了系统计算复杂度，因此更具优势。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 多普勒频偏估计技术

1．2．2 时变信道估计技术

1．3 论文组织结构

2 TD-LTE系统上行链路的传输信道

2．1 TD-LTE系统

2．1．2 SC-FDMA技术

2．2 TD-LTE上行高速传输信道信号模型

2．2．1 信道模型及特性

2．2．2 上行链路传输信道模型

2．3 SC-FDMA系统的信号模型

2．4 TD-LTE系统性能因素的分析

2．4．1 时变载波频率偏移

2．4．2 快速时变信道

2．5 本章小结

3 上行链路传输系统中多普勒频偏估计技术

3．1 基于训练序列的频偏估计算法

3．1．1 算法基本原理

3．1．2 算法的改进

3．2 基于循环前缀的频偏估计算法

3．2．1 获取循环前缀

3．2．2 获取循环前缀所对应的数据段

3．2．3 基于循环前缀的频偏估计算法

3．3 联合的频偏估计算法

3．3．1 时域方法

3．3．2 频域方法

3．4 改进的多普勒频偏估计算法

3．4．1 改进算法基本原理

3．4．2 性能分析

3．5 本章小结

4 上行链路传输系统中时变信道估计技术

4．1 基于卡尔曼滤波的信道估计算法

4．2 基于滑动窗的信道估计算法

4．3 基扩展模型的信道估计算法

4．4 改进的时变信道估计算法

4．4．1 改进算法基本原理

4．4．2 性能与计算复杂度分析

4．4．3 算法仿真

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果