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基于LTE通信系统的多天线算法研究

作　者: 马哲锐
导　师: 刘可文
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 长期演进技术下行链路空间分集空间复用自适应开环MIMO
分类号: TN828.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 434次
引　用: 2次
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内容摘要

为了保证在未来十年甚至更长时间内的竞争力,3GPP组织展开了演进的UTRA/UTRAN项目研究工作,即LTE项目。LTE项目的目的是致力于开发满足“更高数据速率”、“更远覆盖范围”、“更小时延”及“更少运营费用”的通信系统。同时,鉴于MIMO技术可以突破无线系统的容量“瓶颈”和提高通信可靠性,因此,LTE项目将MIMO技术作为其核心技术之一。本文在理解MIMO通信理论和LTE协议的基础上,深入地研究LTE系统下行链路的MIMO设计算法及实现流程,包括空间复用和空间分集等,并依托链路仿真和系统仿真平台对算法的性能进行评估和分析。本文主要完成的工作有以下几个方面：(1)研究LTE系统空间分集、空间复用的基本原理。结合OFDM的优点,建立MIMO-OFDM物理层链路模型,为后文展开MIMO的研究提供理论基础。(2)基于LTE物理层中MIMO技术的众多解决方案,本文将对其性能进行理论分析和仿真对比,研究适用于LTE的最佳空间分集和空间复用方案。同时,对最佳方案进行性能评估,判断其是否满足LTE项目的需求指标。(3)针对中高速移动场景具有严重的多普勒效应,信道状态信息变化剧烈等特点,本文提出了以“容量最大化”为准则的开环自适应MIMO方案。在该方案中,利用“最小错误概率”为准则预测反馈的信道信息。(4)基于LTE系统下行链路的基本参数,例如：帧结构、调制编码、OFDM参数等,依托LTE系统的链路仿真和系统仿真平台,通过理论分析、仿真等手段对MIMO方案进行误码率、吞吐量及覆盖范围等性能的验证与分析。本文通过仿真表明：(Ⅰ)适用于LTE的最佳空间分集方案为SFBC(2Tx)和SFBC-FSTD(4Tx),在目标误码率下,通过该方案所需的信噪比更低,能够增强抗干扰能力和覆盖范围；(Ⅱ)适用于LTE的最佳空间复用方案为信道预编码方案和基于大时延CDD的预编码方案,该设计方案能够满足LTE所定义的小区频谱效率、用户频谱效率及小区边缘频谱效率等需求指标。(Ⅲ)本文提出的开环自适应MIMO方案可以在中高速移动场景中取得小区吞吐量和覆盖范围的折中；另外该方案可以基于闭环MIMO的结构完成,最大程度避免额外的复杂度开销。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-14
  1.1 LTE性能需求及MIMO技术研究现状  9-11
  1.2 本文的研究意义  11-12
  1.3 论文的主要工作安排  12-14
第2章 MIMO基本原理及模型  14-25
  2.1 多天线增益  14-16
    2.1.1 阵列增益  14-15
    2.1.2 分集增益  15
    2.1.3 空间复用增益  15-16
  2.2 空间分集基本原理  16-20
    2.2.1 空时(频)编码  16-18
    2.2.2 天线切换分集  18-19
    2.2.3 循环时延分集  19-20
  2.3 空间复用基本原理  20-22
  2.4 MIMO-OFDM系统模型  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 LTE MIMO技术协议研究及仿真验证  25-50
  3.1 LTE MIMO信号处理流程  25-26
  3.2 LTE空间分集技术研究  26-37
    3.2.1 2发射天线空间分集方案研究  26-30
      3.2.1.1 分集技术复杂度分析  26-27
      3.2.1.2 SFBC vs.STBC的性能仿真分析  27-29
      3.2.1.3 SFBC vs.STBC的空时频资源利用效率分析  29-30
    3.2.2 4发射天线空间分集方案研究  30-35
      3.2.2.1 分集技术性能仿真分析  30-35
      3.2.2.2 分集技术的实现复杂度分析  35
    3.2.3 空间分集的实现流程  35-37
  3.3 LTE空间复用技术研究  37-45
    3.3.1 基于小时延CDD相移的信道预编码  38-40
    3.3.2 基于大时延CDD相移的信道预编码  40-44
      3.3.2.1 大时延CDD相移结构设计  41-43
      3.3.2.2 基于信道状态的预编码码本选择  43-44
    3.3.3 空间复用的实现流程  44-45
  3.4 LTE MIMO方案性能仿真与分析  45-49
    3.4.1 空间分集方案性能仿真与分析  45-47
    3.4.2 空间复用方案性能仿真与分析  47-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章中高速移动场景的MIMO优化算法研究  50-65
  4.1 中高速移动场景存在的问题分析  50-51
  4.2 开环自适应的MIMO技术可行性研究  51-53
  4.3 自适应判决算法设计  53-59
  4.4 MIMO优化算法仿真与分析  59-64
    4.4.1 算法性能仿真评估  59-63
    4.4.2 算法复杂度分析  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章总结与展望  65-67
  5.1 文章总结  65-66
  5.2 未来研究展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
附录A:多径信道模型参数  72-73
附录B:系统仿真参数  73-74

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