高速移动场景下LTE下行预编码技术研究

摘要

MIMO预编码技术通过充分利用多天线的增益来提供空间复用与分集，可以获取比传统SISO技术更高的峰值速率、更好的传输可靠性与更加高效的频谱效率，已成为LTE协议中的关键技术。随着高速铁路快速发展，在高速移动场景下对通信技术提出了新要求。未来，LTE-R（LTE for Railway）将取代GSM-R成为高铁的通信方案之一。因此，在高速移动场景下研究预编码技术已变得非常必要。但随着移动速度迅速增加，多普勒频移随之迅速增大。当移动速度增加到350km/h时，此时的最大多普勒频移增大到850Hz，其对应相干时间大约为0.498ms，小于一个子帧的传输周期。此时传输信号经历快衰落过程，在一个符号传输周期内CSI(Channel StateInformation)变化迅速。信道快时变性导致经历反馈时延后得到的CSI已不再能较为准确地刻画此时的真实信道情况。
　　本文基于LTE协议针对高速移动这一特殊场景对不同预编码方案进行分析，并给出利用统计CSI的基于码本的预编码方案。首先，分析研究基于码本及非码本的闭环预编码方案，在搭建的链路级仿真平台上进行仿真验证，并做出了详细的分析及比较。其次，针对性能相对较优的基于码本的预编码方案，利用信道的统计信息对其进行改进，给出了基于统计CSI的预编码方案。给出的预编码方案在综合性能上虽然有所提升，但系统的误比特率未降到10-2以下。再次，对预编码矩阵索引选取的计算复杂度及链路的反馈开销进行了详细的分析与比较。结果表明基于统计CSI的预编码方案优势较为明显。最后，针对给出方案误比特率较高的缺点，尝试使用了四种完全不同的应对方案，即:对给出的预编码方案进行降秩处理、减小码本索引反馈的粒度、使用基于大延迟CDD的开环预编码方案和利用信道统计信息并以PEP为优化准则的非码本闭环预编码方案。并对四种方案进行相应的仿真验证。在综合考量系统误比特率性能、信道容量及LTE协议本身规定后，给出适用于高速移动场景下的预编码方案——基于统计信道状态信息的码本预编码方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要内容及章节安排

第2章 LTE下行链路及动态信道状态信息模型

2．1 LTE下行链路

2．1．1 LTE下行链路处理流程及细节

2．1．2 链路级仿真平台简介

2．1．3 高速移动信道模型特征

2．2 动态信道状态信息模型

2．3 本章小结

第3章 线性预编码

3．1 基于码本的线性预编码

3．1．1 码本线性预编码

3．1．2 基于码本的线性预编码方案仿真及分析

3．2 基于非码本的线性预编码

3．2．1 非码本线性预编码

3．2．2 基于非码本的线性预编码方案仿真及分析

3．3 基于码本与基于非码本的预编码方案性能分析比较

3．4 本章小结

第4章 基于统计信道状态信息的码本预编码方案

4．1 基于统计信道状态信息的码本选择算法

4．2 基于统计信道状态信息的预编码方案仿真及分析

4．3 算法复杂度及反馈开销分析

4．4 针对误比特率性能较差的应对方案

4．4．1 以PEP为优化准则的预编码算法

4．4．2 应对方案仿真结果分析

4．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文