LTE下行链路信道估计与自适应传输技术研究

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LTE物理层采用了多输入多输出(MIMO)和正交频分复用(OFDM)技术作为核心技术,MIMO-OFDM可以抵抗频率选择性衰落,提高系统容量和频谱效率。在LTE系统中信道估计既是均衡与相干检测的前提,也是链路自适应的基础,对系统的性能起着重要作用。此外,开环传输系统性能受无线信道影响较大,因此有必要研究跟随信道自适应变化的传输技术。本文对LTE下行系统信道估计和自适应传输技术进行研究。首先,研究了LTE下行链路信道估计方法。由于LTE下行采用频分复用(FDM)的导频复用方式,天线间不存在干扰,MIMO信道估计模型可以被简化为单输入单输出(SISO)信道估计模型。在SISO信道模型基础上,研究了下行信道估计的基本算法,包括最小二乘(LS)信道估计算法、线性最小均方误差(LMMSE)信道估计算法、离散余弦变换(DCT)的信道估计算法、部分对称扩展的离散傅里叶变换(PSE-DFT)信道估计算法。同时研究了线性插值和三次样条插值算法,对导频处的信道估计值进行插值,从而得到完整的频域信道估计值。接着,研究了利用无线信道时域稀疏性的压缩感知信道估计方法。首先,回顾了压缩感知的三个基础内容:信号的稀疏表示、观测矩阵的设计和恢复算法,重点探讨了贪婪类迭代恢复算法。接着,给出了单输入单输出OFDM系统压缩感知信道估计模型,并通过贪婪类迭代恢复算法进行信道估计。同时,假设一个子帧内信道缓变,结合分布式压缩感知理论,给出了单输入单输出OFDM系统分布式压缩感知信道估计模型以及相应的估计算法。最后,研究了几种特殊情况下的压缩感知信道估计:1)当压缩感知信道估计采用的导频数目为LS算法的一半时,压缩感知算法估计性能依旧好于LS算法估计性能;2)压缩感知信道估计算法利用经过DCT域加窗滤波的信道值做信道估计,由于滤除了噪声的影响,取得性能增益;3)利用一个子帧内的OFDM符号间存在相关性,构建了二维观测矩阵。在二维观测阵的基础上,提出了二维压缩感知信道估计算法,仿真表明:二维压缩感知信道估计的性能好于一维的性能。最后,研究了链路自适应传输技术。首先,综述了自适应传输技术反馈的主要参数:秩指示(RI)、预编码矩阵指示(PMI)和信道质量指示(CQI)。然后,给出了基于MMSE和速率准则,RI和PMI的计算过程;随后,给出了等效信噪比映射方法。等效信噪比方法将某一时频范围内的所有信干噪比,映射成一个等效的信噪比,并通过等效信噪比选择出满足误码字率要求的CQI。最后,给出不同场景下的误码字率和频谱效率的仿真结果,并对仿真结果进行了分析。
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