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为了满足下一代移动通信系统对高数据传输速率和业务的迫切需求,3GPP组织启动了通用移动通信系统(UMTS)的长期演进(LTE)项目。LTE系统将多载波调制技术和多输入多输出技术相结合,能够有效对抗频率选择性衰落,并显著提高系统吞吐量。LTE系统接收机采用相干检测,故为了获得最佳的接收性能,必须已知信道状态信息(CSI),而CSI通过基于导频辅助的信道估计方法获得,信道估计的精确度将直接影响接收机的性能。本文对LTE系统下行链路中的信道估计进行了研究,主要内容如下:
首先,研究了最小二乘(LS)和最小均方误差(MMSE)准则的信道估计方法。LS准则信道估计方法包括频域LS、时域LS和规则化的LS等。对于频域LS信道估计,为了进一步去除噪声影响,论文又研究了基于DFT的信道估计算法和基于DCT的信道估计算法。为了获得更好的信道估计性能,逼近MMSE估计,同时降低算法复杂度,论文还研究了基于SVD的LMMSE信道估计方法和基于DCT分解的LMMSE信道估计方法等。在获得导频位置处的信道频域响应(CFR)之后,为了获得数据子载波的信道信息,本文利用导频信道的时域和频域的相关性,采用两个一维的插值方法恢复出全部信道的CFR。论文研究了线性插值、spline插值、sinc函数插值和基于变换域插值等数据段信道信息的估计方法等。仿真结果表明时域采用线性插值,频域采用DCT插值可以获得较好的信道估计性能。
其次,研究了大时延信道下的信道估计算法。对于大时延的ETU衰落信道,基于一维DFT或DCT的信道估计算法会出现严重的MSE错误平台。本文给出了基于二维DCT的信道估计算法在LTE下行链路中的应用。仿真结果表明,基于二维DCT的信道估计算法在ETU信道下可以获得良好的信道估计性能。在获得导频信道估计值之后,采用通常的先频域后时域的两个一维的插值算法获得的数据信道估计值会有一定的MSE性能损失。因此,根据LTE下行链路导频结构的分布特点,本文提出了利用时域相关性对导频信号时频域十字交叉点信道进行插值的方法,先插值恢复出交叉点处的数据信道信息,然后利用已估计出的导频信道和交叉点信道估计值,进行先频域后时域的顺序插值恢复出全部的信道信息。接着,论文还研究了先利用时频域相关性分别插值出十字交叉点处信道信息再联合的信道估计方法。仿真结果显示,该方法在低速环境可以取得一定的MSE增益。
最后,论文还研究了LTE系统下行多天线场景下的采用上述各种信道估计方法所能获得的误比特率(BER)性能。研究内容包括下行链路2×1天线配置下的发送分集方案和2×2天线配置下的空分复用方案等。