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Rician快衰落环境下TD-SCDMA系统下行链路关键技术研究

作　者: 王俊峰
导　师: 滕建辅
学　校: 天津大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: TD-SCDMA系统 Rician快衰落 Rayleigh衰落信道建模频率偏差估计信道衰落系数估计
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

作为第三代移动通信标准之一的TD-SCDMA系统，从2009年工信部正式向中国移动发放牌照以来，得到了广泛的应用。随着TD-SCDMA网络建设工作的不断扩大和深入，需要考虑各种应用场景的需求，如高铁环境。为了使移动台在各种环境下能够稳定、良好地运行，通常需要首先分析环境特点并给出比较精确的仿真模型，然后分析此环境对移动台接收信号产生的影响，最后给出相应的解决方案。基于上述提高系统性能的分析思路，本文在天津市科技创新专项基金的资助下对信道建模、频率偏差估计和信道衰落系数估计三方面的关键技术进行了深入研究，主要工作内容和研究成果归纳如下：1、介绍了无线信号传播环境的特征，分析了用于物理层设计和性能分析的小尺度衰落模型的几种基于正弦波叠加法产生频率平坦Rayleigh衰落信道的方法的利弊。针对这些方法的不足，利用不同于现存模型的正余弦函数、入射角等参数，提出了两种改进的能产生不相关Rayleigh衰落波形的方法，同时推导了这两种方法的统计特性，并通过仿真实验验证了其性能。基于上述改进方法，通过叠加视距成分，提出了频率平坦Rician衰落信道模型，然后给出了其统计特性，并对其进行了仿真验证。在此基础上，给出了频率选择性Rician衰落波形的生成方法。所提方法不仅能够满足本论文中广义不相关散射信道模型的需要，而且通过对其修改也可以应用于多输入多输出信道建模。2、分析了频率偏差对系统性能的影响，研究了各种环境下系统的频偏补偿方法。为了克服现有方法未考虑载波频偏和多普勒频移共存的情况和在Rician快衰落信道下的不足，分别提出了频率平坦和频率选择性Rician快衰落环境下TD-SCDMA系统下行链路频偏估计的算法。这两种方法首先给出了受加性高斯噪声影响，并包含未知载波频偏、未知Rice因子和未知多普勒频移等参数的接收信号的二阶和四阶统计量，然后对这些统计量通过合理的参数设置和具体的数学运算推导出频偏估计的闭式表达式，最后通过仿真验证了所提算法的性能。对比两种环境下频偏估计方法发现其实现步骤相同，因此本算法降低了硬件实现的复杂度，特别适合于TD-SCDMA系统下行链路频偏估计。3、总结了现有信道衰落系数估计方法，针对现有算法在Rician快衰落信道下的不足和未考虑载波频偏的情况，将TD-SCDMA系统的时隙结构进行了轻微的改动，研究了残留频偏存在情况下TD-SCDMA系统修改时隙结构后信道衰落系数的特性，通过分析发现修改时隙后任意分组模块中带有残留频偏成分的信道衰落系数可以近似为时间参数的线性函数，并对其进行了仿真验证。基于上述分析，利用最大似然准则，提出了残留频偏存在下TD-SCDMA系统下行链路频率选择性Rician信道衰落系数估计算法。然后，进一步讨论了接收数据同时受高斯噪声和其他用户的加性干扰影响的情况，利用最小二乘准则估计了残留频偏存在下频率选择性Rician信道快衰落系数。最后，通过仿真验证了所提算法的性能，实验结果表明所提算法具有较小的均方误差。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 研究现状  12-16
  1.3 论文的研究内容  16-17
  1.4 论文的章节安排  17-20
第二章 TD-SCDMA 系统物理信道及其下行链路信号模型  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 物理信道  20-24
    2.2.1 帧结构  21-22
    2.2.2 常规时隙结构  22-23
    2.2.3 特殊时隙结构  23-24
  2.3 下行链路信号模型  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 Rician 信道的建模与仿真  26-52
  3.1 引言  26-27
  3.2 无线信号传播环境的特征  27-31
    3.2.1 大尺度衰落  28
    3.2.2 小尺度衰落  28-31
  3.3 频率平坦 Rayleigh 衰落信道仿真方法  31-46
    3.3.1 Clarke 参考模型  32-33
    3.3.2 基于正弦波叠加法的 Rayleigh 衰落仿真模型  33-36
    3.3.3 改进的不相关 Rayleigh 衰落波形生成方法  36-46
  3.4 Rician 衰落波形生成方法与仿真  46-50
    3.4.1 频率平坦 Rician 衰落波形生成方法  46-47
    3.4.2 频率平坦 Rician 衰落波形仿真  47-50
    3.4.3 频率选择性 Rician 衰落波形生成方法  50
  3.5 本章小结  50-52
第四章 Rician 快衰落信道下频率偏差估计  52-70
  4.1 引言  52-53
  4.2 频率平坦 Rician 快衰落环境下 TD-SCDMA 系统下行链路的频偏估计算法  53-61
    4.2.1 频率平坦 Rician 快衰落环境下接收信号模型  53-54
    4.2.2 z(k)的二阶和四阶统计量的理论分析  54-56
    4.2.3 提出的频偏估计算法  56-57
    4.2.4 算法实现步骤  57
    4.2.5 算法性能仿真与分析  57-61
  4.3 频率选择性 Rician 快衰落环境下 TD-SCDMA 系统下行链路的频偏估计算法  61-69
    4.3.1 频率选择性 Rician 快衰落环境下接收信号模型  61-62
    4.3.2 z(k)的二阶和四阶统计量的理论分析  62-64
    4.3.3 提出的频偏估计算法  64-65
    4.3.4 算法实现步骤  65
    4.3.5 重要结论  65-66
    4.3.6 算法性能仿真与分析  66-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章残留频偏存在下 Ricain 信道衰落系数估计  70-88
  5.1 引言  70-71
  5.2 TD-SCDMA 系统修改后的时隙及其信道衰落特性  71-77
    5.2.1 问题描述  72-73
    5.2.2 理论分析与实验验证  73-77
  5.3 残留频偏存在下频率选择性 Rician 信道衰落系数估计算法  77-83
    5.3.1 参数估计的两个最优准则  77-79
    5.3.2 提出的信道衰落系数估计算法  79-81
    5.3.3 进一步讨论  81-83
  5.4 算法性能仿真与分析  83-86
  5.5 本章小结  86-88
第六章总结与展望  88-90
  6.1 本文工作总结  88-89
  6.2 未来工作展望  89-90
附录  90-98
  A. 式(4-10)推导过程  90-93
  B. 式(4-30)推导过程  93-98
参考文献  98-110
发表论文和参加科研情况说明  110-112
致谢  112

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