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LTE上行链路信道估计技术的研究

作　者: 王君
导　师: 李光球；方昕
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 长期演进 单载波频分复用 峰均比 信道估计 误码率
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


3GPP LTE(Long Term Evolution)是关于第三代移动通信技术的长期演进项目,它改变并且增强了3G技术,同时采用正交频分复用技术(OFDM)作为其无线网络演进的标准,它不仅可以灵活地支持多种传输带宽,极大地提高了上下行链路的峰值传输速率,还改善了小区边缘的用户性能,提高了小区容量,降低了系统的延迟。但在OFDM技术中,由于发送信号具有较高的峰均比,降低了发送端功率放大器的利用效率,不利于其在上行链路的实现。为了在上行传输链路中实现较低的峰均比以降低发送端功率的损耗,LTE选用单载波频分复用技术(SC-FDMA)作为上行链路的传输方案。SC-FDMA技术不仅可以有效地对抗信道传输过程中的频率选择性衰落,同时能够降低OFDM技术带来的较高峰均比。本文所进行的基于LTE系统下的信道估计技术的研究,主要是在充分了解LTE物理层相关协议的基础上,根据上行链路的特点,结合现有的信道估计技术,设计出符合LTE上行链路应用场景的、可行的信道估计方案。第一章主要阐述了LTE系统的研究背景和目标需求,以及LTE系统中的关键技术,同时分析了LTE上行链路技术的发展现状和信道估计技术的研究现状以及常用的信道估计方法。第二章研究了LTE上行链路中帧结构的类型、上行链路传输系统的关键参数及其设计、SC-FDMA的系统框架以及对SC-FDMA传输方式下时域的交织频分复用(IFDMA)技术和频域的基于离散傅里叶变换扩展的正交频分复用多址接入(DFT-S-OFDM)技术的原理进行了比较；同时着重分析了LTE上行链路中不同子载波映射方式下SC-FDMA系统中时域处理的交织频分复用(IFDMA)和集中式频分复用(LFDMA)的峰均比性能,同时和下行链路的OFDMA技术进行了比较,仿真结果表明,由于不同的子载波映射方式和滚降系数的影响,LFDMA和IFDMA的峰均比性能差别较大。同时相比于OFDMA技术,SC-FDMA技术具有更低的峰均比性能。这也印证了为何在上行链路中采用SC-FDMA技术的原因。第三章研究了无线通信系统中导频方式的选择以及LTE上行链路传输过程中导频信号的设计,同时介绍了常用的最小均方误差准则估计(MMSE)和最小二乘信道估计(LS)的估计方法。仿真结果表明,在不同的调制方式下由于移动台的速度不同,造成的多普勒频移的变化,会对信道估计的性能产生影响,但总体而言,MMSE的信道估计比LS的信道估计具有更好的比特误码率(BER)性能。同时,同一种信道估计方式时(不论是MMSE估计还是LS估计),相同的信噪比条件下,较高的多普勒频移所获得的均方误差(MSE)性能较差,也即是系统的MSE性能随着多普勒频移的增大而降低。最后研究了频域中改进的导频信号下的信道估计性能：FDLS、FDLMMSE和FDLS/CWD,仿真结果表明,基于窗函数的改进的LS信道估计方法,系统的信道估计性能较好。第四章研究了信道估计误差对系统误码率性能的影响,同时推导出信道估计误差对系统误码率影响的公式。理论分析推导出的公式表明,不同调制方式下,信道估计误差对系统误码率影响的公式差别很大,同时系统的BER性能不仅依赖于信道估计的调制方式,还和系统中导频信号的方式有关。第五章为本文的结论。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 LTE的研究背景  11-13
    1.1.1 LTE的目标需求  11-13
    1.1.2 LTE中的关键技术  13
  1.2 LTE上行链路技术的发展现状  13-14
  1.3 信道估计技术的研究现状  14-16
  1.4 论文的主要工作及内容安排  16-17
第2章 LTE上行链路及其峰均比分析  17-33
  2.1 LTE帧结构类型  17-19
    2.1.1 一型帧结构  18
    2.1.2 二型帧结构  18-19
  2.2 LTE上行链路传输系统参数的设计  19-21
  2.3 SC-FDMA系统原理  21-24
    2.3.1 IFDMA的工作原理  23
    2.3.2 DFT-S-OFDM工作原理  23-24
  2.4 子载波映射方式  24-27
  2.5 LTE上行链路SC-FDMA系统的峰均比性能分析  27-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章 LTE上行链路的信道估计算法  33-56
  3.1 导频方式的选择  33-36
    3.1.1 块状导频图案  34-35
    3.1.2 梳状导频图案  35-36
  3.2 LTE上行链路导频信号的设计  36-38
  3.3 常用的信道估计方法  38-47
    3.3.1 LS信道估计算法  39-42
    3.3.2 最小均方误差(MMSE)信道估计算法  42-44
    3.3.3 LS算法和MMSE算法性能的比较  44-47
  3.4 改进的信道估计方法  47-54
    3.4.1 信道模型和系统描述  48-50
    3.4.2 频域的LS信道估计  50-52
    3.4.3 频域线性最小均方误差信道估计  52
    3.4.4 频域带有窗函数的LS信道估计  52-53
    3.4.5 性能分析  53-54
  3.5 本章小结  54-56
第4章 信道估计误差对系统误码率的影响分析  56-67
  4.1 OFDM系统及其BER分析  56-61
    4.1.1 OFDM系统分析  56-58
    4.1.2 OFDM系统的BER分析  58-61
  4.2 SC-FDMA系统及其BER分析  61-63
  4.3 仿真结果及其分析  63-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 总结与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录: 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目  74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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