无线通信链路仿真与系统仿真接口方法研究

摘要

通信系统中主要通过系统级仿真评估系统的整体性能。它作为一种多点对多点的仿真，需要两点之间的链路性能作为基础，然而在系统仿真中对链路性能进行测量的开销十分巨大，因此引入了一种链路级仿真到系统级仿真(Link to System，L2S)的接口方法，将链路仿真与系统仿真分离。在众多的接口技术中，指数有效信噪比映射(Exponential Effective SNR Mapping，EESM)算法与互信息量有效信噪比映射(Mutual Information Effective SNR Mapping，MIESM)算法的应用最为广泛。它们通过将各子载波上的信噪比映射为一个有效值来预测链路的性能。本文主要对这两种L2S算法进行研究。
　　指数有效信噪比映射算法是一种基于子载波上的误符号率推导出的近似算法，能够通过简单的计算预测链路的性能。然而由于该算法缺乏严格的数学推理，使得高阶调制时的预测性能急剧下降。本文首先给出一种参考曲线的建模方法以减少参考曲线的偶然误差，并将其用于算法的仿真中。然后，针对高阶调制下该算法性能下降的原因，给出了基于Logistic模型的改进算法。通过实际仿真，验证了该改进算法不仅在高阶调制时性能更优，而且实现复杂度更低。
　　互信息量有效信噪比映射算法是一种基于信息理论的接口算法，使用比特互信息量作为衡量信道质量的指标，因此该算法的性能是现有接口算法中最优的，能在整体意义上很好地预测链路的误块率。然而，上层仿真往往更加关注某一关键区域的预测性能，非关键区域的误差会对算法参数的优化造成负面影响，针对此问题，本文给出了一种加权参数优化方法，旨在提高该关键区域中算法的准确度。通过仿真，验证了该方法在某些场景的有效性。
　　现有的链路仿真方法均是通过软件完成的，然而用软件模拟的信道比较理想，不足以反映真实信道的性能特点。针对软件仿真平台的不足，本文给出了一种软硬件结合的仿真平台设计方案，通过软件对数据进行基带处理，信道部分则通过信道硬件仿真仪实现。该方案避免了电路设计的复杂工作，从而控制了成本，而且由于仿真依靠物理信号实现，更加接近真实场景。通过系统的实际测试，证明了该方案的可行性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 LTE与LTE-A简介

1．2 研究背景

1．3 国内外研究现状

1．4 论文组织结构

第二章 技术背景介绍

2．1 MIMO-OFDM系统介绍

2．1．1 OFDM技术

2．1．2 MIMO技术

2．1．3 信号检测算法

2．1．4 接收端SNR

2．2 LTE下行链路介绍

2．2．1 LTE帧结构与资源块

2．2．2 LTE下行链路信道类型与物理信号

2．2．3 物理下行共享信道信号处理流程

2．3 L2S接口介绍

2．4 本章小结

第三章 LTE下行链路中指数有效信噪比映射算法研究与改进

3．1 指数有效信噪比映射算法原理

3．2 参数β最优值的确定

3．2．1 黄金分割法

3．2．2 斐波那契法

3．3 EESM算法性能分析与改进

3．3．1 性能分析

3．3．2 AWGN信道参考曲线模型

3．3．3 基于Logistic模型的EESM算法改进

3．4 仿真结果与分析

3．4．1 SISO下仿真结果

3．4．2 MIMO下仿真结果

3．5 本章小结

第四章 LTE下行链路中互信息量映射算法研究与改进

4．1 接收比特互信息率映射算法

4．2 平均比特互信息量映射算法

4．3 MIESM算法性能分析与改进

4．4 仿真结果与分析

4．4．1 SISO仿真结果

4．4．2 MIMO仿真结果

4．5 本章小结

第五章 通信系统软硬件综合链路仿真平台设计

5．1 仿真平台总体设计

5．2 设备选型

5．2．1 矢量信号发生器

5．2．2 信道硬件仿真仪

5．2．3 示波器

5．3 平台实现与测试

5．3．1 发送数据处理

5．3．2 信号同步与OFDM

5．3．3 信道产生

5．3．4 信道估计

5．3．5 接收数据处理

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介