TD-LTE系统分布式MIMO信道估计方法研究

论文摘要

基于时分双工（TDD）的LTE技术已经被我国列为下一代无线通信技术的主要发展方向。LTE标准主要以正交频分复用多址技术（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA）为基础,为了提高信道容量,多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）技术已成为不可或缺的技术手段。近年来分布式多天线系统（Distributed Antenna System,DAS）的出现很好地解决了传统的蜂窝小区模式中基站端由于硬件条件的制约,天线之间的距离难以满足信道独立性条件这一问题。本文将分布式多天线系统与TD-LTE相结合,构成完整地通信系统。宽带传输时的多径效应对接收端有效恢复数据带来了很大的影响。本文采用Jakes信道模型,在分析其时频特性的基础上,研究了传统信道估计方法在信道时变加快时的不足。为了克服多径信道频选衰落的影响,本文在信号下行链路中采用空时编码和传输延迟构成多天线传输分集。而针对载体的快速移动时无线信道的时变效应,本文提出了一种联合信道估计方法,将频域最小均方误差（Minimum Mean Square Error,MMSE）信道估计与时域自适应滤波技术——卡尔曼滤波（Kalman Filter,KF）相融合,实现对无线信道时频域的二维估计。Kalman滤波器可以对多径信道的时域变化进行准确的跟踪,从而补偿掉信道动态变化引起的估计滞后效应。为了进一步实现信道快变状态下的准确信道估计,迭代信道估计被应用到信道快变时的情况,起到增强系统稳定性、加快滤波器收敛以及改善系统误码率的目的。最后,对于TD-LTE上行链路SC-FDMA以及下行链路OFDMA分别进行信道估计算法的验证。这里分别采用Kalman滤波以及无迹Kalman滤波构成联合信道估计器。仿真结果表明,联合信道估计在一定动态范围内有效地解决了传统信道估计方法在信道时变加快时的不足。在迭代估计过程中,该算法稳定性好,收敛速度快,可以有效改善系统的误码性能。而无迹Kalman滤波技术在收敛速度,估计精度上更优。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 TD-LTE 分布式MIMO 信道估计的发展概况
• 1.2.1 TDD 体制的发展
• 1.2.2 LTE 关键技术演进
• 1.2.3 分布式多天线系统
• 1.2.4 信道估计发展与研究热点
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 分布式天线系统TD-LTE 体系结构
• 2.1 分布式无线通信系统
• 2.1.1 分布式天线系统的产生
• 2.1.2 分布式天线系统的结构
• 2.1.3 分布式天线系统中新的概念
• 2.2 多天线分集技术
• 2.3 LTE 物理层帧结构
• 2.3.1 TDD 下的上下行资源分配
• 2.3.2 LTE 上行物理帧结构
• 2.3.3 LTE 下行物理帧结构
• 2.3.4 导频信号的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 信道估计算法研究
• 3.1 信道模型
• 3.1.1 Jakes 信道模型
• 3.1.2 LTE 标准化信道模型
• 3.2 频域MMSE 信道估计方法
• 3.3 卡尔曼滤波理论
• 3.3.1 卡尔曼滤波器
• 3.3.2 无迹卡尔曼滤波器
• 3.3.3 卡尔曼滤波参数的确定及其影响
• 3.4 联合信道估计及其性能分析
• 3.4.1 联合MMSE-KF 信道估计
• 3.4.2 联合MMSE-UKF 信道估计
• 3.4.3 联合信道估计算法性能分析
• 3.5 迭代信道估计
• 3.6 本章小结
• 第4章 分布式天线系统TD-LTE 信道估计
• 4.1 SC-FDMA 信道估计方法
• 4.1.1 SC-FDMA 传输方式
• 4.1.2 SC-FDMA 中联合信道估计性能
• 4.2 OFDMA 信道估计方法
• 4.2.1 OFDMA 传输方式
• 4.2.2 OFDMA 中联合信道估计性能
• 4.3 TDD 模式的信道估计方案
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢