（通信与信息系统专业论文）ltetdd系统信道估计技术研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着移动通信系统发展，用户对带宽和数据传输率需求在不断地提升，长期 项目演进( l 1 e ) 应运而生，l t e 是目前国内已经商用的3 g 系统t d s c d m a 及c d m a 2 0 0 0 在内等系统的自然演进路径，采用正交频分复用( o f d m ) 和多输 入多输出( m i m o ) 技术作为物理层核心技术，这些技术可以提高当前移动通信系 统的性能。信道估计是移动通信系统接收端的关键技术之一，本文基于项目 “t d l t e 无线综合测试仪表开发，对l t e 接收端信道估计技术相关工作进行了 研究与实现。 本文对上行信道估计技术进行了较多的研究。介绍了最小平方( l s ) 算法， 并利用s v d 分解及重构可以对矩阵进行去噪的原理，提出了改进s v d l s 算法。 介绍了d f t - l s 算法，d f t 在仿真时采用f f t 代替，存在能量泄露的问题，d c t 变换可以削弱d f t 变换中不连续边缘的影响，能够有效地减小变换中的高频分量 部分，可以控制能量泄露问题，本文针对l t e 上行系统分析了两种基于d c t 变换 的信道估计：d c f l s 和d c l 悒i d c t 。介绍了线性最小均方差( l m m s e ) 算法， 分析了s v d l m m s e ，提出了基于d c t e i d c t 的s v d l m m s e 改进算法；通过 对l m m s e 算法中相关矩阵做一些简化运算，本文提出了两种降低运算复杂度的 优化算法：d f t - l m m s e 和d c t - l m m s e ，分别在l t e 系统中仿真时，根据具体情 况，分别对d f t - l m m s e 做了进一步优化。 本文根据一种盲信道估计迭代算法，给出了应用于l t e 系统的联合信道估计 和符号检测算法。本文在l 1 陋系统中介绍了两种自适应信道估计算法，联合l t e 中解发射分集模块，研究分析了l t e 系统中解发射分集模式下的迭代自适应信道 估计算法。本文对各种改进及优化算法在多种信道环境下进行仿真分析，给出了 相应的性能仿真曲线，仿真结果表明这些算法均比已有算法具有明显的优越性。 通过仿真对信道估计算法和插值算法进行比较分析，得到了比较准确地恢复出发 送端信号的结果。 在研究信道估计算法的基础上，基于t ic 6 4 5 5d s p 平台，本文给出了应用于 项目的信道估计基本实现方案，从d s p 实现的角度，详细描述了l t e 信道估计实 现方案相关模块的算法实现流程，对实现需要的存储空间复杂度和时间复杂度做 了分析，文中给出的实现方案可以满足项目的需求。 关键词：长期项目演进，信道估计，参考信号，线性最小均方差 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m u s e r s r e q u i r e m e n t so f b a n d 谢t ha n dd a t at r a n s m i s s i o nr a t ea r eu p g r a d i n g l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) a r i s e s a tt h em o m e n t l t ei sn a t u r a le v o l u t i o n p a t ho f3 gs y s t e mw h i c hh a v eb e e n c o m m e r c i a l i np r e s e n td o m e s t i cs u c ha st d - s c d m aa n dc d m a 2 0 0 0 ，i tu s e so r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) a n dm u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g ya s t h ep h y s i c a lc o r et e c h n o l o g i e s ，w h i c hc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ec u r r e n t m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m c h a n n e le s t i m a t i o ni s k e yt e c h n o l o g yo fw i r e l e s s m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mr e c e i v e r , b a s e do nt h ep r o j e c to f ”t d - l t ew i r e l e s s i n t e g r a t e dt e s ti n s t r u m e n td e v e l o p m e n t ”，l t er e c e i v e rc h a n n e le s t i m a t i o nt e c h n o l o g y a n dr e l a t e dw o r ka r er e s e a r c h e da n dr e a l i z e db yt h i sp a p e r t i l i sp a p e rd o e sm o r er e s e a r c ho nu p l i n kc h a n n e le s t i m a t i o nt e c h n i q u e s l e a s t s q u a r e ( l s ) a l g o r i t h mi si n t r o d u c e d ，a n du s i n gm a t r i xd e n o i s i n gt h e o r yo fs v d d e c o m p o s i t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r di m p r o v e ds v d - l s a l g o r i t h m d f t - l sa l g o r i t h mi n t r o d u c e d ，f f tr e p l a c i n gd f t i ns i m u l a t i o n ，t h e r ei s e n e r g yl e a k a g ep r o b l e m s ，d c tt r a n s f o r mc a nw e a k e nd i s c o n t i n u o u se d g ee f f e c to fd f t t r a n s f o r m ，c a nr e d u c eh i g hf r e q u e n c yc o m p o n e n tp a r to ft r a n s f o r m a t i o ne f f e c t i v e l y , e n e r g yl e a k a g ep r o b l e mc a nb ec o n t r o l l e d t h i sp a p e ri n t r o d u c e st w oc h a n n e le s t i m a t i o n o fd c tt r a n s f o r m a t i o nf o rl t eu p l i n ks y s t e m s ：d c t - l sa n dd c t 厄i d c t 1 1 i s p a p e r i n t r o d u c e sl i n e a rm i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r ( l m m s e ) a l g o r i t h m , a n a l y z e ss v d - l m m s e ，a n dp u t sf o r w a r ds v d l m m s ea l g o r i t h mb a s e do nd c t e i d c t ；t h r o u g h s i m p l y i n gc a l c u l a t i o no nc o r r e l a t i o nm a t r i c eo fl m m s ea l g o r i t h m , t h i sp a p e rg i v e st w o i m p r o v e da l g o r i t h mo fr e d u c i n gc o m p u t i n gc o m p l e x i t y ：d f t l m m s ea n dd c t l m m s e ，r e s p e c t i v e l ys i m u l a t e di nl t es y s t e m s ，a c c o r d i n gt os p e c i f i cc i r c u m s t a n c e s r e s p e c t i v e l y , d f t - l m m s ei sf u r t h e ro p t i m i z e d t i l i sp a p e ri n t r o d u c e st w ok i n d sa d a p t i v ec h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mi nl t e s y s t e m ，a n di n t r o d u c e st h ei m p r o v e da l g o r i t h m a c c o r d i n gt oa b l i n dc h a n n e le s t i m a t i o n i t e r a t i v ea l g o r i t h m , aj o i n tc h a n n e le s t i m a t i o na n ds y m b o l sd e t e c t i o na l g o r i t h ma p p l i e d t ol t es y s t e mi sp r o p o s e d a ni t e r a t i v ec h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mu n d e rt h em o d eo f t r a n s m i td i v e r s i t yi ss t u d i e da n da n a l y z e di nl t es y s t e m i nt h i sp a p e r , v a r i o u s i m p r o v e da l g o r i t h m sa r e s i m u l a t e da n da n a l y s e di nm u l t i p l ec h a n n e le n v i r o n m e n t ， c o r r e s p o n d i n gp e r f o r m a n c es i m u l a t i o nc u r v eg i v i n g ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a t t h e s ea l g o r i t h m sa r eb e t t e rt h a ne x i s t i n ga l g o r i t h ma n dh a v eo b v i o u ss u p e r i o r i t y i i a b s t r a c t t h r o u g hs i m u l a t i o no fc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h ma n di n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mt o c o m p a r ea n da n a l y s et h e m , t h e r ei s ar e s u l tt h a ts e n d e rs i g n a lc a nb ea c c u r a t e l y r e s t o r e d i ns t u d yo fc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h m ，b a s e do nd s pt ic 6 4 5 5p l a t f o r m ， c h a n n e le s t i m a t i o nb a s i cr e a l i z a t i o ns c h e m ea p p l i e st op r o j e c ti sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r f r o md s pr e a l i z a t i o na s p e c t s ，a l g o r i t h mr e a l i z a t i o np r o c e s so fl t ec h a n n e le s t i m a t i o n r e a l i z a t i o ns c h e m er e l a t e dm o d u l e sa l ed e s c r i b e d ，t h r o u g h s t o r a g es p a c ea n d c o m p l e x i t yo fr e a l i z a t i o nn e e d sb e i n ga n a l y s e d ，r e a l i z a t i o ns o l u t i o ni nt h i sp a p e rc a n m e e tn e e d so fp r o j e c t k e yw o r d s ：l o n gt e r me v o l u t i o n ，c h a n n e le s t i m a t i o n , r e f e r e n c es i g n a l ，l i n e a l m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r i i i 缩略表 3 g 3 g p p 4 g 1 6 q a m 6 4 q a m b 3 g b c h b e r b p s k c d m a c f i c p c r c d c i d c t d f t d w p t s e n o d e b e p a e v a e t u e u t r a e u t r a n f d d f d m f d m a f f t g p h a r q h s d p a h s p a i c i i d c t i d f t i f f t l t l r l t 2 r 2 t 2 r i s i l s l m m s e 缩略表 t h et i l i r dg e n e r a t i o n 1 1 1 i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t t h ef o u r t hg e n e r a t i o n 16 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 6 4 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n b e y o n d3 g b r o a d c a s tc h a n n e l b i te r r o rr a t i o b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g a c c e s s c o n t r o lf o r m a ti n d i c a t i o n c y c l i cp r e f i x c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k d o w n l i n kc o n t r o li n f o r m a t i o n d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m a t i o n d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m d o w n l i n kp i l o ts l o t e v o l v e dn o d e b e x t e n d e dp e d e s t r i a na e x t e n d e dv e h i c u l a ra e x t e n d e dt y p i c a lu r b a n e v o l v e du t r a e v o l v e du t r a n f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n gm o d e f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m g u a r dp e r i o d h y b r i da u t o m a t i cr e p e a t r e q u e s t h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h i g hs p e e dp a c k e ta c c e s s i n t e r - c a r d e ri n t e r f r e n c e i n v e r s ed i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m a t i o n i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m lt r a n s m i t e rlr e c e i v e r lt r a n s m i t e r2r e c e i v e r 2t r a n s m i t e r2r e c e i v e r i n t e r - s y m b o li n t e r f r e n c e l e a s ts q u a r e l i n e a rm i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r v i l 第三代移动通信系统 第三代伙伴计划 第四代移动通信系统 1 6 正交调幅 6 4 正交调幅 超3 g 广播信道 误码率 二相相移键控 码分多址 控制格式指示 循环前缀 循环冗余校验 下行控制信息 离散余弦变换 离散傅里叶变换 下行导频时隙 演进型n o d e b 扩展步行a 模型 扩展车载a 模型 扩展典型城市模型 演进型u t r a 演进型u t 凡蝌 频分复用模式 频分复用 频分多址接入 快速傅立叶变换 保护间隔 混合自动重传请求 高速下行分组接入 高速分组接入 载波问干扰 离散余弦反变换 离散反傅里叶变换 快速反傅里叶变换 一发一收 一发两收 两发两收 符号间干扰 最小平方 线性最小均方差 缩略表 l t e l m s m a c m b m s m c m m i m o m s e m m s e m i p s m b s f n o f d m p i a p r p d p p d s c h p r b p u c c h p u s c h q p s k r b r e r g r l s r s l 冰c i 凇 s a e s c f d m a s v d s f b c s n r s t b c t b t d d t d s c d m a u c i u p p t s u t r a u e l o n gt e r me v o l u t i o n l e a s tm e a ns q u a r e m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m u l t i m e d i ab r o a d c a s ta n dm u l t i c a s ts e r v i c e m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m e a ns q u a r ee r r o r m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r m i l l i o ni n s t r u c t i o n sp e rs e c o n d 长期计划演进 最小均方 媒体接入控制 多媒体广播和多播 多载波调制 多输入多输出 均方误差 最小均方误差 每秒执行百万条指令 m u l t i b r o a d c a s ts i n g l ef r e q u c n c yn e t w o r k 多播单频网 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用 p e a k - t o a v e r a g ep o w e rr a t i o峰均功率比 p o w e rd e l a yp r o f i l e功率延迟谱 v h y s i e a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l物理下行共享信道 p h y s i c a lr e s o u r c eb l o c k物理资源块 p h v s i c a lu p l i n kc o n t r o lc h a n n e i p h y s i c a lu p l i n ks h a r e dc h a n n e l q u a d r a t u r ep h a s es h i rk e y i n g r e s o u r c eb l o c k r e s o u r c ee l e m e n t r e s o u r c eg r i d r e c u r s i v el e a s ts q u a r e r e f e r e n c es i g n a l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a d i or e s o u r c ec o n t r o l s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n s i n g l ec a r r i e rf d m 魄 s i g u l a rv a l l i ed e c o m p o s i t i o n s p a c ef r e q u e n c yb l o c kc o d e s i g n a lt on o i s er a t i o s p a c et i m eb l o c kc o d e t r a n s p o r tb l o c k t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n gm o d e t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a u d l i n kc o n t r o li n f o r m a t i o n u p l i n kp i l o ts l o t u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s u s e re q u i p m e n t v i i i 物理上行控制信道 物理上行共享信道 正交相位键控 资源块 。 资源粒子 资源格 递推最小二乘 参考信号 无线网络控制器 无线资源控制 系统架构演进 单载波频分多址接入 奇异值分解 空频编码 信噪比 空时编码 传输块 时分复用模式 时分同步码分多址 上行控制信息 上行导频时隙 通用地面无线 用户设备 第一章绪论 1 1 本文的研究背景 1 1 1l t e 的发展 第一章绪论 移动通信正在飞速演进，载频带宽由窄带向宽带发展，移动通信网络将会从 以语音为主导的网络向以高速数据为主导的网络转型。为了应对宽带接入技术和 宽带移动通信融合的挑战j 、为了满足新型业务需求并向用户提供更好的服务、为 了满足用户高质量多媒体服务期望的不断增长的需求，同时保证3 g 移动通信的持 续竞争力，国际标准化组织3 g p p 在2 0 0 4 年底启动了l t e 的标准化工作，l t e 是 3 g p p 指定的下一代无线通信标准，以o f d m 与m i m o 为核心技术，高数据率和 高容量可以通过这两种技术优势获得，改进并增强了3 g 的空中接入技术 2 1 1 3 】，为 了降低用户面延迟，在l t e 系统架构中，如图1 1 所示，取消了r n c ，e u t r a n 舍弃了u t r a n 的r n c - n o d e b 结构，完全由e n o d e b 组成，e n o d e b 之间透过x 2 界面互相连接，形成了所谓网状网络，采用了扁平网络架构，e n o d e b 具有现有3 g p p r 5 r 6 r 7 的n o d eb 功能和大部分的r n c 功能，包括物理层功能，m a c ，r r c ， 调度，无线接入控制，移动性管理等等【4 羽，优化的系统结构进化是主要的促使者， 这不仅仅是3 g 技术的“演进 ，更是一场“革命 ，通过这场“革命”系统不可避 免的失去了大部分后向兼容性，换言之，从网络侧和终端侧都需要做大规模的更 新换代，所以从技术归属角度，应该将l t e 看作4 g 范畴。 图1 1l t e s a e 无线网络结构图 重庆邮电大学硕士论文 1 1 2l t e t d d 的系统优势与研究意义 l t e t d d 的主要技术特性是可以提供高数据速率、低时延和支持分组传送的 无线接入技术，同时能够支持灵活可变的、成对或者非成对频谱配置，能够支持 拥有实时业务的服务质量保证、准确移动性和最小时延的分组交换业务是 l t e t d d 网络结构的目标。l t e t d d 系统中与空中接口协议相关的系统参数配置 如下表1 1 标示，l t e t d d 系统的下行和上行分别采用了o f d m a 与s c f d m a 两种不同的接入方案，上行链路为了降低p a p r 而采用了s c f d m a i 7 1 。 表1 1l t e t d d 系统参数配置 系统带宽 1 4 m h z - 2 0 m h z 双工技术t d d 多址接入技术下行o f d m a ，上行s c f d m a m i m o 下行2 2 、4 4 ，上行1 2 峰值速率下行10 0 m b s ，上行5 0 m b s 频谱利用率 下行5 b p s h z ，上行2 5 b p s h z 调制方式 q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m 信道编码t u r b o 码和咬尾卷积码 移动性3 5 0 k m s 时延控制面：1 0 0 m s ：用户面：5 m s 其它技术 混合a r q 、功率控制、链路自适应 l t e t d d 系统的下行链路的立即峰值数据速率在2 0 m h z 下行链路频谱分配 的条件下，可以达到1 0 0 m b p s ，此时e n o d eb 侧2 发射天线，l i e 侧2 接收天线； l t e t d d 系统的上行链路的立即峰值数据速率在2 0 m h z 上行链路频谱分配的条 件下，可以达到5 0 m b p s ，此时u e 侧1 发射天线，除了峰值速率得到了极大的提 高，l t e t d d 相比h s p a 频谱效率提高了2 - 4 倍，同时l t e t d d 网络和无线接口 为终端和网络端提供了小于1 0 m s 的时延【引。 中国自主研发的具有独立知识产权的t d s c d m a 标准，已经成为四大主流 3 g 标准之一。l t e t d d 作为t d s c d m a 的演进，将是用于构建下一代宽带无线 移动通信的主流t d d 技术，为t d s c d m a 带来了前所未有的机遇，为了 t d s c d m a 的成功和未来可持续发展，需要加快l t e t d d 的标准进程及其研发 工作，它与l t e f d d 具有很好的互补性，可以灵活地配置频谱，充分使用f d d 不能使用的零散频谱资源，避免了频谱浪费同时有效的提高了频谱的利用率，这 两种制式的融合为l t e t d d 提供了更大的发展潜力。 2 第一章绪论 1 2 本文的课题来源及研究现状与意义 1 2 1 课题来源 2 0 0 9 年国家启动了“新一代宽带无线移动通信网 国家科技重大专项，目的 在于提升我国移动通信事业在该领域的竞争力和创新力。在专项中除了进一步支 持我国自主标准t d s c d m a 的发展外，其下一代演进l t e t d d 的研发和产业化 也是专项支持的重要内容之一。在整个l t e 产业链中，除了基站、终端、基带芯 片、天线等外，测试仪表的开发也有着非常重要的意义。本课题来源于子项目 “t d l t e 无线综合测试仪表开发”，项目编号2 0 0 9 z x 0 3 0 0 2 0 0 9 ，研究目标是为 了促进l t e t d d 技术和产品研发，依据3 g p pt s 3 6 系列r e l e a s e 8 、9 、l t e t d d 标准，研制硬件平台和设计软件模块，开发出符合3 g p p 及行业标准要求的 l 1 忑t d d 无线综合测试仪表。 1 2 2 研究现状与意义 信道估计技术是l t e 系统中关键技术之一，在均衡、解发射分集、解空间复 用和译码前，接收端都必须通过信道估计获得信道矩阵信息才能够正确的解调出 混叠在一起的信号，能否获得详细精确的信道信息从而在接收端正确地解码发送 信号，是衡量一个无线通信系统的重要指标。为了获得高精度和低复杂度的可实 用的信道估计方法，国内外都开展了大量的研究，理论上提出了很多信道估计方 法。从是否采用参考信号的方面考虑，可以分为基于参考信号的信道估计和盲信 道估计【9 1 1 1 ，其中盲信道估计不需要参考信号，参考信号也叫导频，仅需要利用数 据传输的统计信息，而基于参考信号的信道估计中，为了适当地解码接收信号， 参考信号会被插入到发送信号中某些固定位置与数据一起传输，消耗带宽，运算 量小，灵活性大，在接收端利用这些参考信号按照某种算法进行信道估计，是在 已有系统的标准中应用最广泛的方法，l t e 系统使用的正是基于参考信号的信道 估计，对于基于参考信号的信道估计，参考信号需要占用部分数据的位置，使得 数据传输速率有所下降，但是由于每个子帧中都有参考信号，可以很好的跟踪信 道的变化，因此可以获得较好的估计精度，提高接收机的性能。l s 算法、m m s e 算法f 1 2 jf 玎】等是被广泛应用于基于参考信号的信道估计算法，而考虑将信道估计、 m i m o 等作为一个整体处理过程进行迭代是目前研究的热点之一，但是这样会导 致大幅度提升的运算量产生，在现有的硬件处理水平下几乎是不可完成的，所以 仅仅停留于理论研究阶段。 目前国内外对信道估计算法已经进行了非常多的相关研究，但在应用于实际 重庆邮电大学硕士论文 产品开发方面还是有所不完善。本文在这样的前提背景下，结合所做的项目，希 望给出应用于l t e 系统的信道估计d s p 实现方案，在该方案中会考虑到l t e t d d 综合测试仪表的特点保证处理流程的完整性、正确性，并且在实现估计算法时也 会保证整个算法实现的准确性、实时性。鉴于信道估计在无线通信系统中的重要 性，本文将基于“t d - l t e 无线综合测试仪表开发”项目，对信道估计涉及到的典 型算法进行研究与仿真分析，并提出了相应的改进或优化算法，进行了仿真验证 与分析，最后给出了适用于项目需求的信道估计实现方案，并完成相关的工作。 1 3 论文结构 本论文章节结构安排如下： 第一章介绍本文的研究背景、课题来源、l t e t d d 研究进展，阐述研究信道 估计技术的意义。 第二章阐述l t e 系统物理层概况、物理层帧结构、物理层的关键技术，并对 o f d m 进行了比较详细的分析。 第三章分析l t e 系统模型与信道模型，分析研究了l t e 系统中参考信号的生 成与映射分布方式，以此为基础展开后面章节中信道估计的研究。 第四章主要研究了基于参考信号的信道估计技术，包括自适应信道估计技术 与插值算法，并搭建了信道的仿真链路平台，在3 g p p 的几种典型信道环境下进行 了仿真。仿真分析几种常用算法，给出改进s v d l s 算法，提出了基于d c t e i d c t 的s v d l m m s e 改进算法，提出两种优化算法d f t o l m m s e 和d c t - l m m s e 。根 据一种盲信道估计迭代算法，本文做了改变将其引入l t e 系统，即联合信道估计 和符号检测算法。在l t e 系统中引入解发射分集模式下的迭代信道估计算法。通 过仿真证明了改进方法能够有效的改善信道估计b e r 性能。 第五章在研究信道估计算法的基础上，基于t ic 6 4 5 5d s p 平台，给出了适用 于l t e t d d 无线综合测试仪表的信道估计实现方案，从d s p 实现的角度，详细 描述了l t e 信道估计实现方案相关模块的算法实现流程，依据项目需要，侧重描 述了l t e 上行信道估计实现方案，完成了相关的实现工作，最后对整个实现方案 的性能进行了分析，本文中实现方案可以满足项目的基本需要。 第六章对全文所做的主要工作进行了总结，并对未来的研究方向做了展望。 1 4 本章小结 本章介绍了本文的研究背景、课题来源与研究现状等，对l t e t d d 的系统优 势与研究意义做了概述，最后对论文的结构进行了合理安排。 4 第二章l t e 系统概述 第二章l t e 系统概述 为了与2 0 m h z 带宽的w i m a x 技术相抗衡，l t e 将最大系统带宽从5 m h z 扩 展到2 0 m h z ，因此3 g p p 选用了新的核心传输技术，即o f d m 技术，全部 3 g p p 3 g p p 2 频段可用，支持1 4 m ，3 m ，5 m ，1 0 m ，1 5 m 和2 0 m 带引1 5 】，为重 新利用2 g 频谱和开发利用新频谱提供了更多的灵活性。 2 1l t e 帧结构 l t e 中时间单元正= i ( 1 5 0 0 0 x 2 0 4 8 ) 秒，周期为乃= 3 0 7 2 0 0 x t s = l o m s 的无线帧组成 下行和上行发射，l t e 支持两种无线帧结构【16 】：类型l ，适用于f d d ；类型2 ，适 用于t d d 。 ( 1 ) 类型l 的帧结构 类型1 适用于全双工和半双工f d d 。每个无线帧长为耳= 3 0 7 2 0 0 瓦= 1 0 m s ，由 2 0 个时隙组成，每个时隙长度为死璜= 1 5 3 6 0 t s = o 5 m s ，时隙号从0 到1 9 。一个子 帧为两个连续时隙，子帧号i 由时隙2 i 和2 i + 1 组成，子帧号从0 到9 。 对f d d ，每个l o m s 的间隔，l o 个子帧用于下行链路发射和1 0 个子帧用于上 行链路发射。上行和下行在频域上分开发射。在f d d 半双工操作中，u e 不能同 时接收和发射，然而f d d 全双工没有这种限制。 一个无线帧，n = 3 0 7 2 0 0 兀一1 0m s ；一个时隙。= 1 5 3 6 0 兀一0 5m s 卜卜_ i 时隙0 i 时隙1 l 时隙2 i 时隙3i l 时隙1 8l 时隙1 9 i - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ i _ - _ _ - - _ _ 。o _ 。_ - 。o 。_ 。o o 。o o - o o o 。o 。一一 ： 一个子帧； ( 2 ) 类型2 的帧结构 图2 1l t e - f d d 帧结构 图2 2l t e t d d 帧结构( s i n s 转换点周期) 重庆邮电大学硕士论文 t d d 模式下，上一下行链路配置支持5 m s 和1 0 m s 的下行到上行转换点周期。 在5 m s 下行到上行转换点周期情况下，特殊子帧在两个半帧中都存在。每个1 0 m s 无线帧包括2 个5 m s 的半帧，每个半帧由4 个数据子帧和1 个特殊子帧组成。特 殊子帧包括3 个特殊时隙：d w p t s ，g p 和u p p t s ，总长度为l m s 。在1 0 m s 周期 下，特殊子帧只存在于第一个半帧。子帧0 和5 经常留做下行发射。u p p t s 和子 帧紧跟在用于上行发射特殊子帧的后面。 相对于f d d 模式，t d d 在上下行子帧的配置具有更大的灵活性i 1 6 1 ，根据不同 的业务类型，增加下行子帧或上行子帧数量，满足这种非对称的需求。 表2 1u l d l 子帧配置 予帧号 配置上下行转换周期 0123456789 05m sdsu u u dsu u u l5m sdsuu d dsu u d 25m sdsu d ddsu d d 31 0m sdsuuud d d d d 41 0m sdsuud d dd d d 51 0m s dsu d d dd ddd 65h a s dsu u udsu u d 2 2l t e 时隙结构和物理资源 l t e 系统中最基本的资源单位是资源元素r e ，代表了一个s c f d m a o f d m 符号上的一个子载波，往上定义了资源块r b ，带宽以r b 的形式分配，一个r b 里包含了许多个r e 。物理信道对应了一系列r e 的集合，被用来承载源自高层的 信息。物理信号用于物理层使用，但不承载任何源于高层的信息，物理信号主要 包括了各种参考信号，如解调参考信号，c e l l 专用参考信号及同步参考信号等，物 理信道和物理信号最终都将被映射到资源元素与资源块上以进行传输【1 7 1 。 在l t e 系统中定义了资源格，一个时隙中传输的信号通过一个资源格的形式 来进行描述，对于上行系统传输，其大小表示为罐硭个子载波和峨6 个 s c f d m a 符号，对于下行系统传输，其大小标识为罐硭个子载波和砖。个 o f d m 符号。其中蛾和晡的取值分别取决上下行传输带宽的具体配置情况， 取值范围都是6 - , - 1 1 0 之间的数值。而符号数砖b 和峨b 则是根据高层配置的循环 前缀c p 长度和子载波间隔共同决定的，如下表所示： 表2 2 不同c p 类型r b 子载波数及符号数 c p 配置 n 彗艨。咄。 普通循环前缀 1 2 7 6 第二章l t e 系统概述 i 扩展循环前缀 i 1 2 l 6 i 资源格中的最小单元i 也，在时隙中用唯一的序号对( 七，) 来进行定义，这里七 和，分别代表了频域与时间上的序号。一个l m 由艨b 或喋。个时间上连续符号 和胖个频域上连续子载波构造而成，相当于时间方向上的一个时隙，在频域方向 上对应的带宽是1 8 0 k h z 。 一个下行时隙t l 。 鲻 辚 冒拭 之 吕盘 乏 ，= 0 ，= 器b 一1 图2 3 下行资源格 7 元素 重庆邮电大学硕士论文 2 3l t e t d d 系统关键技术 2 3 1o f d m o f d m 是一种特殊的多载波调制( m u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n ，m c m ) 技术，能 够有效地减少多径效应对信号的影响，o f d m 的基本原理是通过串并变换将原本 高速数据流转换成并行的多个低速子数据流，调制到频率间隔相等的多个子载波 上进行传输，这些在多个子载波上同时传输的数据符号，构成一个o f d m 符号。 传统的频分复用频分多址接入( f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p