LTE TDD非合作接收技术研究

摘要

在技术侦察领域的信息截获技术体系中,无线信号的非合作接收技术是其中一个重要并且十分关键的部分。随着LTE的发展,MIMO-OFDM技术的普及,波束赋形技术的使用,使得现代无线通信系统具有高速、低功率、较高安全性等特点,给无线信号的非合作接收带来了很多困难。作为非合作接收方,如何在现今的 LTE环境下获得质量比较好的侦听信号,进而为破译被侦听的用户的下行信息提供先决条件,是本文研究的主要问题。
　　首先,为了阐述本文研究的系统模型,论文在第二章介绍了LTE TDD系统的发展,并且比较了与FDD系统的优点。接着在第二章介绍了本文基于的LTE标准下的模型环境和关键技术,包括宏路径损耗信道模型、自适应编码调制中信道质量指示(CQI)与调制编码方案(MCS)的关系。同时,在第二章里也提出,在非合作接收环境中,使得侦听方的MCS与合法用户使用的MCS相近或相同的关键是将两者计算得到的下行信号的信噪比(SNR)的差值控制在一定范围内,进而保证两者具有相同或相近的CQI,这样通过相同的CQI-MCS映射即可实现侦听方的MCS与用户MCS的统一。第二章的最后,介绍了目前非合作接收技术的研究现状及面对的主要问题,为本文的研究背景进行更全面的陈述。
　　其次,在本文的课题研究背景下,论文在第三章接着就 LTE标准下常用的两种波束赋形方法,即基于SVD算法和基于GMD算法的波束赋形技术进行了简单介绍,说明了本文主要研究的小区环境里,基站端采用的下行预编码技术的是基于SVD算法的波束赋形技术。为了探索非合作接收方的可行侦听方法,在不考虑路径损耗的情况下,针对单小区内仅存在单个用户时,讨论研究了用户和侦听方具有单天线和双天线两种不同情况下,非合作接收方的可侦听性,提出了通过干扰用户的上行导频,达到改变基站端的上行信道估计结果,进而影响基站下行波束赋形算法的思想,来提高侦听方非合作接收的成功率。
　　通过第三章结束部分的讨论引申和进一步分析,第四章里在考虑 LTE中宏路径损耗情况下,为了实现非合作接收方估计下行信号得到的信道质量指示(CQI)和合法用户的CQI的统一,进而达到之间的调制编码方案(MCS)的一致,根据第二章的结论,提出了在本文讨论的研究背景下,非合作接收需要达到的目标:即在侦听方尽可能距离合法用户较远的条件下,通过使用非合作接收技术手段对基站到用户的下行信号进行侦听,保证用户即是在被侦听方干扰的情况下也无法察觉侦听方的存在(SNR变化不超过2dB),且使侦听方的SNR和合法用户的SNR的差值小于等于1.75dB。这样就可以保证在下行非合作接收中,侦听方通过接收到的基站到用户的下行信号,基于SNR门限选择CQI值的原则,通过与用户相同计算方法计算得到的信道质量指示与合法用户通过计算下行参考信号得到的信道质量指示相同,或者只是相差1个级别,于是作为侦听方,通过采用与基站-用户相同的CQI-MCS映射关系,就能够得到基站端到用户的下行信号的 MCS,进而能够正确恢复侦听的下行信息。
　　在需要达到满足的目标条件和基于干扰用户的上行导频的思想的基础上,第四章里通过研究提出了三种非合作接收技术中的侦听方法,分别是基于白噪声的上行导频干扰技术、基于权重因子的上行导频干扰技术以及基于比例因子的上行导频干扰技术。在给出理论推导的同时也分别给出了各自相应的仿真结果,其中基于白噪声的上行导频干扰方法最容易实现,但是在相同发射功率的前提下性能较差,而基于比例因子的上行导频干扰技术的实现复杂度最高,不仅需要获取小区用户的上行导频序列,并且需要知道该小区内合法接收用户的上行信道信息,但是在侦听方具有相同发射功率的条件下的性能最好,灵活性也比较高,而基于权重因子的上行导频干扰方法相比而言,仅需要知道小区的导频序列即可,其实现复杂度和性能在前两者之间。第四章也通过仿真结果分析比较了三种方法之间的优劣性,通过置信度仿真也证明了本文提出的方法可以实现预期的目标。
　　最后在第五章进行了全文总结,并提出了下一步可能的研究方向。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 课题来源及本文工作

1.3 本文结构及内容安排

第二章 基于LTE TDD系统模型的研究背景

2.1 引言

2.2 LTE TDD简单介绍

2.3 LTE宏路径损耗信道模型

2.4 自适应编码调制技术

2.5 非合作接收技术

2.6 本章总结

第三章 非合作接收技术的可侦听性研究

3.1 引言

3.2 单用户波束成形技术

3.3 侦听方法可行性研究

3.4 本章总结

第四章 非合作接收技术的侦听方法设计

4.1引言

4.2侦听方法设计

4.3 仿真结果及分析

4.4 本章总结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目