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原文传递 LTE-TDD在高铁环境中信道参数估计技术研究

论文题名：	LTE-TDD在高铁环境中信道参数估计技术研究
关键词：	LTE-TDD标准;高速铁路环境;信道参数估计
摘要：	随着信息时代的蓬勃发展,移动通信不但要满足移动用户日益增长的高速率,高业务带宽的迫切需求,而且要兼顾有限频谱资源,这就需要不断的研究,提升技术水平,促进通信产业的更新换代。长期演进计划(Long Term Evolution, LTE)应运而生,它是目前最能满足用户移动宽带需求的技术方案,也是未来通信行业的发展方向。　　中国的高速铁路作为中国重要的地面交通工具,它的移动通信服务质量将影响着移动用户对中国通信产业的整体评价。在高速铁路环境下,应用以我国为主导的时分双工长期演进计划(Long Term Evolution Time Division Duplex, LTE-TDD)是有发展前景和必要的。　　LTE-TDD是多入多出技术与正交频分复用技术相结合的技术标准。在高速铁路环境中,由于多普勒效应带来了信道的时域变化,其会造成子载波间干扰。获取准确的信道状态信息是实现信息准确传输,并有效抑制子载波间干扰的基本条件。莱斯信道是高速铁路环境中的典型信道模型,莱斯因子 K表示的是接收信号中直射分量与散射分量的比例关系,它是莱斯信道质量的重要参数指标。对时变莱斯信道的莱斯因子和信道衰落系数的估计是有研究价值的。　　综上所述,本论文将针对时变莱斯信道结合LTE-TDD标准进行信道参数估计的技术研究,分别展开如下研究工作: 　　首先,本文对高铁信道的典型模型进行分析,研究了高速铁路无线通信的典型特征,研究莱斯信道的衰落特性,研究了LTE标准所提出的高铁信道模型和WINNER II中典型的D2a传输场景(适用于乡村高速移动网络)。　　其次,本文研究以最大似然估计、矩估计和K-S(Kolmogorov-Smirnov)统计估计为代表的典型莱斯因子估计算法。最大似然估计利用接收采样点的包络和相位信息来估计莱斯因子,其性能最优,复杂度最高;矩估计仅依靠接收信号的包络来估计莱斯因子,在工程上常用的是1,2阶矩和2,4阶矩的方法;K-S统计估计是通过对接收采样点的包络进行数理统计,所拟合得到的实际分布函数与已知的理论分布进行对比。按照最大偏差值最小、偏差和值最小和均方误差最小这三种准则,寻找与实际分布函数最接近的理论分布函数。这个理论分布函数对应的莱斯因子即为所得到的估计值。本文通过仿真分析对比了LTE-TDD系统在高铁环境中,各类算法的性能和复杂度,相比而言,2,4阶矩估计更能在性能和复杂度之间取得较好的折中。　　本文研究了时变莱斯信道中的最小二乘估计算法、线性最小均方误差估计算法以及加权并偏移修正最小二乘算法等典型的信道估计算法。理论分析和仿真表明,最小二乘算法没考虑到噪声抑制,而后两种算法有考虑噪声抑制,并且在莱斯因子越大,噪声抑制效果更明显,估计性能更准确。数字仿真验证了三类方法在典型莱斯衰落信道下信道衰落系数估计的均方误差性能,验证了在高铁隧道场景下,LTE-TDD上行系统较适宜采用的是加权并偏移修正最小二乘算法。　　最后,本文研究了上述算法在数字信号处理(Digital Signal Processor, DSP)芯片内实现时容易受到影响的环节之一,快速傅里叶变换。本文以TMS320C6670四核多协处理器DSP芯片为核心,研究了该DSP的多核导航系统,并重点对快速傅里叶变换协处理器进行了分析和对比,分析了采用动态/非动态偏移因子的快速傅里叶变换协处理器的处理性能。通过和MATLAB仿真数据的对比,验证该模块在采用动态偏移因子的处理模式下运算均方误差在10-8次方的数量级,处理7×2048点快速傅里叶变换的时间复杂度为99.88K时钟周期,误差精度为8.32×10-8次方,基本满足实验系统需求。
作者：	乐荣臻
专业：	电子与通信工程
导师：	雷霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	电子科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文