LTE系统中的导频设计和信道估计仿真研究

论文摘要

为了提高移动通信的持续竞争力,3GPP组织提出了长期演进系统标准（Long Term Evolution,LTE）,采用OFDM多载波技术与MIMO技术相结合的方式,来提高系统的性能。本论文主要在结合LTE物理层下行链路关键技术的基础之上,基于MATLAB建模,重点围绕LTE系统的下行信道估计技术及其在单/多小区环境下的性能展开研究。首先,本文在介绍LTE系统和信道估计的研究背景及国内外研究现状的基础上,重点分析MIMO-OFDM系统的基本原理和结构,针对OFDM系统使用块状导频和梳状导频时在不同信道条件下的性能进行仿真分析,对基于导频的信道估计方法进行推导与仿真,包括LS算法、MMSE算法和LMMSE算法。仿真表明块状导频不易受到最大多径时延的影响,梳状导频不易受到多普勒频移的影响；MMSE和LMMSE（?）估计的性能要远好于LS估计,但MMSE估计复杂度较高。其次,论文在深入分析LTE TS36.211物理层协议的基础上,对LTE下行系统信道模型进行了划分,包括加扰模型、调制模型、层映射模型和预编码模型等。通过分析LTE系统的帧结构、导频正交性设计原则以及LTE系统导频图案的选取,确定了4天线MIMO RS结构图。同时论文还讨论了不同的内插方法,包括常值插值、线性插值和二次插值,仿真比较了梳状导频下三种插值算法的误码率性能,结果表明高斯插值法优于常值插值法和线性插值法,但高斯插值运算过于复杂,线性插值法性能略低于高斯插值法。最后,论文分别对单小区和多小区环境下的LTE系统下行信道估计性能进行了仿真分析。首先,在单小区情况下,仿真分析了1发1收和4发4收的信道估计性能,结果表明,分集增益随着天线数目的增加而增大,从而提高接收信号的信噪比,降低系统误码率。然后,考虑存在干扰小区的情况,对多小区导频的产生和插入进行了分析,采用小区特定位移的方法,实现相邻小区之间的导频的FDM复用。仿真表明无论是在单小区环境下还是在多小区环境下,MMSE信道估计均优于LS信道估计,并且由于多小区环境下存在小区间干扰的影响,其MSE性能要比单小区情况差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 LTE的技术背景及发展
• 1.1.1 LTE的技术背景
• 1.1.2 LTE系统的主要性能指标
• 1.1.3 LTE的发展现状
• 1.2 信道估计技术的国内外研究现状
• 1.3 论文研究方法和结构安排
• 第2章 MIMO-OFDM系统中的信道估计
• 2.1 引言
• 2.2 MIMO-OFDM系统模型
• 2.3 无线信道模型
• 2.3.1 瑞利衰落模型
• 2.3.2 莱斯衰落模型
• 2.4 OFDM系统导频图案
• 2.5 信道估计准则
• 2.5.1 基于LS的信道估计准则
• 2.5.2 基于MMSE的信道估计准则
• 2.5.3 基于LMMSE的信道估计准则
• 2.6 算法仿真比较
• 2.6.1 SISO-OFDM系统下的性能
• 2.6.2 MIMO-OFDM系统下的性能
• 2.7 本章小结
• 第3章 LTE系统下行信道模型
• 3.1 引言
• 3.2 加扰模型
• 3.3 调制模型
• 3.4 层映射模型
• 3.5 预编码模型
• 3.6 资源映射与资源解映射模型
• 3.7 本章小结
• 第4章 LTE系统中的导频设计
• 4.1 引言
• 4.2 LTE系统帧结构
• 4.2.1 LTE FDD帧结构
• 4.2.2 LTE TDD帧结构
• 4.3 导频设计
• 4.3.1 导频正交性设计
• 4.3.2 LTE导频图案的选取
• 4.3.3 内插算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 LTE系统下行信道估计性能仿真
• 5.1 引言
• 5.2 信道估计模型设计
• 5.3 单小区下的系统性能
• 5.3.1 单天线条件下信道估计算法性能仿真分析
• 5.3.2 多天线条件下信道估计算法性能仿真分析
• 5.4 多小区下的系统性能
• 5.4.1 多小区系统模型
• 5.4.2 Cell导频的产生与插入
• 5.4.3 仿真性能分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 全文总结
• 未来工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文