LTE信道估计算法研究与仿真实现

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近年来,随着移动通信系统应用需求的迅速增长,对原本紧缺的频谱资源的需求也随之增长,这无疑对无线通信技术提出了更高的要求。为了适应这种发展,长期演进LTE(Long Term Evolution)应运而生,它被看作是一种由TD-SCDMA、WCDMA等3G移动通信标准向4G标准过渡的“准4G”技术。为了提高系统的容量和频谱效率,LTE物理层采用MIMO和OFDM等技术作为其关键技术,然而这些技术的优劣性在很大程度上要取决于信道估计技术的性能,为了能在接收端进行正确的解调,需要有正确的信道状态信息来进行信道补偿。因此,对信道估计技术的研究意义重大。   作者参与了实验室与某公司合作项目的部分工作,主要负责LTE信道估计算法研究与仿真实现。论文主要对LTE系统中的信道估计技术进行研究,首先介绍了LTE系统的网络架构和物理层相关概念,其中包括帧结构,导频模式,LTE时隙结构及基本物理资源,分析了OFDM技术的基本原理。为了适应宽带移动通信系统,本文采用3GPPSCM模型的扩展模型--SCME信道模型。接着对基于导频的信道估计技术从三方面进行了理论分析,包括导频模式,导频子载波信道估计及插值算法。   针对LS算法估计性能差,MMSE算法实现复杂度高的问题,本文提出了一种改进的基于DFT变换的MMSE信道估计算法,该算法利用IDFT变换,将经LS算法初步估计得到的信道频域响应变换到时域,估计得到信道的时域噪声功率,然后在循环前缀(CP)长度内,对信道时域响应进行门限判决,将低于门限值的抽头视为噪声且置零。最后利用估计得到的有效信道抽头和噪声功率,通过降低MMSE算法中的矩阵维数降低了算法复杂度。在获得导频子载波的信道响应后,还需要利用插值算法对数据子载波的信道响应进行估计以得到完整的信道响应。通过对各插值算法的理论分析与仿真实现,本文在算法复杂度和性能之间进行了折中,选择先在频域进行变换域插值,再在时域进行线性插值。   最后,根据3GPP协议搭建LTE下行链路仿真平台,仿真验证改进算法中该门限值的最优性;然后将误比特率(BER)和均方误差(MSE)作为衡量标准,仿真比较改进算法、LS算法和MMSE算法这三者的性能。结合改进算法与选定的时频域插值算法作为本文的信道估计方案。将改进算法、LS算法、MMSE算法分别与本文所确定的插值方案相结合进行仿真,比较各信道估计方案的性能。最后通过信道估计前后信号的星座图,证明该信道估计方案对系统性能的改善。
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