LTE系统中信道估计方案案例与分析

摘要

移动通信迅猛发展的今天，LTE系统已经出现在各种商用系统中。正交频分复用（OFDM）作为LTE系统的主流技术，它具有较强的抗符号间干扰（ISI）和衰落的能力等诸多优点。OFDM系统在接收端通过相干检测的技术获取数据信息，因此，为了恢复传输信号，信道状态信息的准确估计成了必不可少的一部分。高铁技术日趋成熟，移动用户对高速移动下的通信系统提出了更高的要求。列车高速移动下，信号严重衰落，信道变为快速时变信道，LTE系统作为目前商用的主流系统，如何给出精确的信道估计面临更严峻的挑战。因此本文研究的重点为LTE无线通信系统基于高速移动环境下的信道估计技术。
　　首先，本文介绍了无线信道特性和仿真模型，重点分析目前主要的基于导频辅助的信道估计方法，有最小二乘（LS）、最小均方误差（LMMSE）以及改进的SVD算法，给出仿真对比。得到结论，在低信噪比时，LS算法简单，精度不够，高信噪比时，由于地板效应，LS性能反而相比之下效果很好。
　　随后，针对高速移动下快时变信道的特点。重点介绍基扩展模型（BEM），并针对几种常见的基扩展模型以及改进的过采样复指数基（OCE-BEM）进行归一化均方误差仿真对比。得到结论，OCE-BEM模型拟合性能始终好于CE-BEM，总体来看，性能最优的为离散卡洛基（DKL-BEM）和椭圆基（DPS-BEM）两种模型。
　　最后，考虑到复指数基扩展模型（CE-BEM）具有频谱泄漏的问题。结合加窗技术抑制多普勒泄露的影响，得到加窗复指数基（ICE-BEM）模型。再结合正交映射对估计系数转换，得到加窗离散椭圆基（IDPS-BEM）模型，更进一步改进估计精度。通过仿真比较，进一步证明加窗基扩展模型性能更优，估计精度有提高。接着，将基扩展模型应用在LTE系统中，导频OFDM符号处使用信道响应选取LS和LMMSE两种算法估计，一个子帧内的时域OFDM的时变信道响应使用基扩展模型拟合，仿真了不同移动速度下的系统误码率。得到结论，首先依赖导频位置处估计算法的选择，因此，基于LMMSE的估计方法始终好于基于LS的估计方法，同一算法下，椭圆基模型性能好于复指数基模型。

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第一章 绪论

1.1 LTE发展的背景

1.1.1 无线通信发展史

1.1.2 LTE现状与发展

1.2 信道估计的研究意义及现状

1.2.1 信道估计的研究意义

1.2.2 信道估计的现状

1.3 本文的结构安排与主要内容

第二章 无线信道特性及建模

2.1 无线信道特性

2.1.1 大尺度衰落

2.1.2 小尺度衰落

2.2 无线信道的扩展特性

2.2.1 时间选择性衰落

2.2.2 频率选择性衰落

2.2.3 空间选择性衰落

2.3 无线信道模型

2.3.1 平坦瑞利衰落信道的理论模型

2.3.2 频率选择性瑞利衰落信道

2.4 LTE系统信道模型

2.5 本章小结

第三章 LTE系统关键技术以及信道估计技术

3.1 LTE系统两大关键技术

3.1.1 MIMO技术

3.1.2 OFDM技术

3.2 LTE信道估计技术概述

3.3 导频位置的信道估计算法

3.3.1 LS信道估计算法

3.3.2 MMSE算法

3.3.3 LMMSE信道估计算法

3.3.4 基于SVD的信道估计算法

3.3.5 仿真及分析

3.4 数据位置的插值算法

3.4.1 线性插值

3.4.2 二阶线性插值

3.4.3 Cubic插值

3.4.4 其它插值方法

3.4.5 仿真及分析

3.5 本章小结

第四章 高速环境下的LTE系统信道估计

4.1 基扩展模型原理

4.1.1 BEM原理

4.1.2 常用的BEM类型

4.2 改进的基扩展模型信道估计法

4.2.1 加窗CE-BEM系数估计

4.2.2 加窗DPS-BEM系数估计

4.3基扩展模型下的LTE系统信道估计

4.4 仿真与分析

4.4.1 各类基扩展模型性能分析

4.4.2 加窗模型性能分析

4.4.3 LTE系统下BEM信道估计仿真

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来展望

参考文献

致谢