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高速移动场景下基于TD-LTE标准的ICI消除方法研究

作　者: 白金波
导　师: 艾渤
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: OFDM 高速移动场景 ICI 多普勒频移导频图案循环迭代
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

摘要：众所周知,OFDM是多载波系统,可以简单有效地消除ISI(符号间干扰)和多径衰落,并且子载波之间呈现正交性,拥有较高频谱利用率。但是,在高速移动场景下,当速度达到350km/h以上,信道变为快速时变信道,载波频谱出现泄漏,系统会产生严重的多普勒频移和频谱扩展。由于OFDM对频率偏差非常敏感,当子载波之间不再正交时,OFDM系统将产生ICI(子载波间干扰)。因此,ICI的消除直接影响OFDM的系统性能,在高速移动场景下,更直接影响到整个TD-LTE的性能。本文以高速移动环境下的OFDM系统为基础,围绕着ICI的消除进行展开。主要研究内容包括ICI经典的消除算法、导频图案研究以及循环迭代算法等方面。具体来说,首先是对TD-LTE系统关键技术的介绍,通过对各种技术的总结可知：相比于其他技术,OFDM系统在高速移动场景下的性能更易受到影响,正交性变得十分脆弱,ICI的程度非常恶劣。接着,对ICI产生的原因进行了总结,对其系统模型的数学表达式进行了详细分析,直观地给出了各种原因带来的ICI。然后对以往的经典算法进行了研究,主要包括自消除算法、时域加窗算法以及频域均衡算法等,并对各种算法进行了系统仿真分析。通过对高速移动场景下导频密度的理论分析,给出了高速移动情形下的信道快变仿真。并对高速场景下,一个帧内的信道估计和采样点进行了详细分析,结合仿真和相关理论,提出了新的的导频图案。并对标准导频图案和新的导频图案进行了不同多普勒频移场景下的仿真,得出结论：新的导频图案在消除误码平台方面有着很好的效用。当信噪比比较高的时候,就能够体现出其优势,能够有效地降低误码平台。随着信道多普勒扩展的加大,新的导频图案的性能优势体现得更加明显,甚至在较低信噪比的时候也有明显的增益。最后,根据以上研究以及对线性时变信道的分析,创新性的提出了一种可用于高速移动场景下的循环迭代的ICI消除算法。对信道模型以及算法实现过程给出了详细的数学推导,并对新提出的算法进行了不同条件下的仿真,得出结论：不管是在高速还是低速移动场景下,新提出的ICI消除算法均可以有效提升系统误码率性能,在高速移动场景下尤为明显。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-16
  1.1 现代移动通信发展  12-13
  1.2 论文的研究意义  13-14
  1.3 论文篇章结构及创新点  14-16
2 TD-LTE关键技术  16-36
  2.1 TD-LTE标准现状  16-17
  2.2 LTE系统链路级仿真器介绍  17-24
    2.2.1 LTE仿真器基于的版本  17
    2.2.2 上行仿真器  17-19
    2.2.3 下行仿真器  19-22
    2.2.4 信道模型  22-24
  2.3 OFDM技术  24-26
  2.4 MIMO技术  26-29
  2.5 链路自适应  29-30
    2.5.1 AMC  29-30
  2.6 小区间干扰控制  30-31
  2.7 多媒体广播多播业务  31-32
  2.8 TD-LTE-A技术发展  32-35
    2.8.1 载波聚合  32-33
    2.8.2 高阶MIMO  33
    2.8.3 CoMP  33-34
    2.8.4 Relay  34-35
  2.9 本章小结  35-36
3 ICI消除算法  36-54
  3.1 ICI产生的主要原因  36-40
    3.1.1 同步问题  36-38
    3.1.2 多普勒效应  38-40
    3.1.3 超长多径引起的ICI  40
  3.2 自消除算法  40-45
    3.2.1 传统的ICI自消除算法  41-42
    3.2.2 基于差分编码的ICI自消除算法  42-43
    3.2.3 最大似然估计(ML)方法  43
    3.2.4 改进的ICI自消除算法  43-45
  3.3 时域加窗的ICI消除  45-49
    3.3.1 发送机时域加窗  45-46
    3.3.2 接收机时域加窗  46-47
    3.3.3 一种改进的收发机处理方案  47-49
  3.4 频域均衡的ICI消除算法  49-51
    3.4.1 迫零(ZF)均衡  49
    3.4.2 最小均方误差(MMSE)均衡  49-51
  3.5 判决反馈均衡  51-52
  3.6 本章小结  52-54
4 适合高速移动场景的快变信道导频图案  54-62
  4.1 高速移动情形下的信道快变仿真  54-57
  4.2 理论分析  57-59
  4.3 提出的新导频图样  59-60
  4.4 仿真验证  60-61
  4.5 本章小结  61-62
5 提出的高速移动信道中ICI消除算法  62-70
  5.1 信道模型  62-63
  5.2 单ICI消除算法  63-65
    5.2.1 性能分析  64-65
  5.3 ICI消除  65-66
    5.3.1 前ICI消除  65
    5.3.2 后ICI消除  65
    5.3.3 理论性能分析  65-66
  5.4 仿真器中的ICI性能分析  66-69
    5.4.1 仿真分析  67-69
  5.5 本章小结  69-70
6 结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-76
作者简历  76-80
学位论文数据集  80

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