基于快时变信道的LTE系统信道估计技术研究

摘要

近年来，我国的高铁事业发展得如火如荼，高铁时速的不断提升给高速铁路通信提出了更高的要求，配合当下第四代公众通信网络(4G)的普及，应用于高速铁路车地通信的高速无线宽带通信系统的研究成为当下的热点。在由列车高速运动导致的快时变信道条件下，准确的信道估计技术将变得更为重要，特别是以MIMO-OFDM为核心的LTE通信系统。本设计主要研究移动台高速移动环境下基于导频的信道估计技术。
　　论文首先介绍了无线移动通信系统的信道特性以及信道的时间色散和频率色散参数，并介绍了基于这两种参数的快慢衰落和频率选择性衰落的划分依据。分析了高速铁路环境下移动通信系统面临的挑战和发展机遇，介绍了作为LTE核心技术的OFMD和MIMO技术的基本原理。
　　接下来依据3GPP链路层协议的部分内容搭建了下行链路MIMO-OFDM系统，仿真验证了2发2收天线STBC-OFDM系统相比SISO-OFDM的性能提升。在此基础上研究了导频信号的序列与插入方式，实现了基于gold序列和Zadoff-Chou序列的导频图案性能对比。重点研究了当前主流的几种信道估计方法，包括LS、LMMSE以及SVD-LMMSE算法，并讨论了接收端SNR估计误差对信道估计性能的影响。研究了数据位置的插值算法，包括线性插值算法、二阶多项式插值算法和三次样条插值算法，并在此基础上进行了性能仿真，重点比较了在不同时延下的信道中，不同插值算法在一个LTE子帧中的误码性能。
　　在快时变的信道估计中采用了BEM算法来进行时域信道拟合，首先介绍了常见的几种BEM算法，讨论并仿真了多普勒频移和BEM阶数对不同BEM算法信道拟合性能的影响。分析了在快时变信道下的子载波干扰的产生以及分簇导频的使用并在仿真中实现，在此基础上分析了基于BEM算法的信道估计原理，并给出了基于MIMO-OFDM系统的CE-BEM和DPS-BEM信道估计性能仿真分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 高铁带来的挑战

1．3 MIMO-OFDM信道估计现状

1．4 论文的结构安排

第2章 快时变信道传输特性与MIMO OFDM系统

2．1 无线通信信道的传输特性

2．1．1 大尺度传播模型衰落特性

2．1．2 小尺度传播模型衰落特性

2．1．3 无线移动信道的参数

2．2 OFDM与MIMO技术概述

2．2．1 OFDM技术概述

2．2．2 MIMO技术概述

2．3 本章小结

第3章 MIMO-OFDM信道估计

3．1 系统模型

3．1．1 基本模型与原理

3．1．2 STBC编解码

3．1．3 仿真模型验证

3．2 导频信号的设计与插入方法

3．2．1 导频序列的设计

3．2．2 导频信号的插入方式

3．2．3 仿真与性能分析

3．3 导频符号处的估计算法

3．3．1 LS算法

3．3．2 LMMSE算法

3．3．3 SVD-LMMSE算法

3．3．4 接收端SNR估计误差对信道估计性能的影响

3．3．5 算法复杂度分析与性能仿真

3．4 数据处的估计算法

3．4．1 线性插值算法

3．4．2 二阶多项式插值算法

3．4．3 三次样条插值算法

3．4．4 复杂度分析与性能仿真

3．5 综合仿真结果分析

3．5．1 参数设置

3．5．2 结果分析

3．6 本章小结

第4章 快时变信道的基扩展模型信道拟合与信道估计

4．1 基扩展模型(BEM)基本原理

4．1．1 BEM基本原理概述

4．1．2 常用BEM类型分析

4．2 BEM信道拟合仿真与分析

4．3 基于导频的基扩展模型信道估计

4．3．1 快时变信道下的ICI

4．3．2 基于BEM的信道估计

4．4 MIMO-OFDM下BEM信道估计仿真

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献