非理想信道下TDD LTE-LTe-A系統(tǒng)的誤比特率分析和探測(cè)信號(hào)優(yōu)化.pdf

1、MIMO是實(shí)現(xiàn)LTE和LTE-Advanced性能目標(biāo)的物理層關(guān)鍵技術(shù)之一。有三種基本的MIMO技術(shù):空間分集、空間復(fù)用和波束成形。本文主要研究基于預(yù)編碼的空間復(fù)用和基于預(yù)編碼的波束成形。由于產(chǎn)業(yè)界已將波束成形從單流傳輸擴(kuò)展到多流傳輸，加之基于預(yù)編碼的空間復(fù)用與基于預(yù)編碼的波束成形從理論上看并無(wú)本質(zhì)差別，故本文把基于預(yù)編碼的空間復(fù)用和基于預(yù)編碼的波束成形統(tǒng)稱為波束成形。波束成形在提升無(wú)線信號(hào)傳輸質(zhì)量和速率，擴(kuò)大無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍等方面有著

2、極大作用。然而，波束成形的性能嚴(yán)重地依賴于基站是否能獲得準(zhǔn)確的發(fā)送端信道狀態(tài)信息(CSIT)。在時(shí)分雙工(TDD)LTE系統(tǒng)中，基站通過(guò)用戶周期性發(fā)送的Sounding信號(hào)（即探測(cè)信號(hào)）來(lái)估計(jì)CSIT，但是CSI延時(shí)和信道估計(jì)誤差會(huì)引起CSIT不準(zhǔn)確，從而降低系統(tǒng)性能。本文首先分析了TDDLTE波束成形系統(tǒng)在存在CSI延時(shí)和信道估計(jì)誤差時(shí)的誤比特率(BER)性能;然后分別從時(shí)域和頻域優(yōu)化LTESounding機(jī)制，以便最小化CSI延時(shí)和

3、信道估計(jì)誤差對(duì)TDDLTE波束成形系統(tǒng)的影響。
　　 本文主要貢獻(xiàn)如下:
　　 1)分析了CSI延時(shí)和信道估計(jì)誤差對(duì)時(shí)分單用戶MIMO(SU-MIMO)和多用戶MIMO(MU-MIMO)波束成形系統(tǒng)的影響，獲得了系統(tǒng)BER與CSI延時(shí)和信道估計(jì)誤差之間的表達(dá)式。獲得的BER表達(dá)式為人們優(yōu)化SU-MIMO和MU-MIMO波束成形系統(tǒng)的性能提供了線索，并對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)中自適應(yīng)調(diào)制編碼方案設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。通過(guò)仿真本文發(fā)現(xiàn)一個(gè)

4、非常重要的現(xiàn)象:CSI延時(shí)影響波束成形系統(tǒng)的分集增益，信道估計(jì)誤差影響波束成形系統(tǒng)的陣列增益。
　　 2)提出了最小化CSI延時(shí)影響的Sounding時(shí)域優(yōu)化方案-----動(dòng)態(tài)時(shí)域間隔優(yōu)化方案。針對(duì)當(dāng)前LTESounding方案不能自適應(yīng)信道環(huán)境變化的缺點(diǎn)，本文提出了能自適應(yīng)信道環(huán)境變化的Sounding時(shí)域優(yōu)化方案。給定歸一化的上行Sounding開(kāi)銷比，本文獲得了具有簡(jiǎn)潔閉式解的最優(yōu)Sounding時(shí)域間隔，此最優(yōu)Sound

5、ing時(shí)域間隔是用戶多普勒頻移（等效于用戶移動(dòng)速度）和上行Sounding信噪比的函數(shù)。在本文提出的動(dòng)態(tài)時(shí)域間隔優(yōu)化方案中，最優(yōu)Sounding時(shí)域間隔隨著用戶移動(dòng)速度和上行Sounding信噪比的變化而自適應(yīng)變化，因此，本文提出的Sounding時(shí)域優(yōu)化方案對(duì)信道環(huán)境變化具有自適應(yīng)性和魯棒性。另外，由于最優(yōu)Sounding時(shí)域間隔具有閉式解，且用戶移動(dòng)速度和上行Sounding信噪比均可以通過(guò)測(cè)量得到，因此，本優(yōu)化方案可在實(shí)際通信系統(tǒng)

6、中實(shí)現(xiàn)。此外，3GPPRelease10雖然引入了非周期性Sounding方案，Sounding時(shí)域間隔可調(diào)，但并沒(méi)有給出調(diào)整Sounding時(shí)域間隔的公式或方法，而本文推導(dǎo)出的最優(yōu)Sounding時(shí)域間隔公式恰好可用來(lái)計(jì)算最優(yōu)Sounding時(shí)域間隔，為3GPPRelease10系統(tǒng)準(zhǔn)確地調(diào)整Sounding時(shí)域間隔提供了理論依據(jù)。
　　 3)針對(duì)SU-MIMO系統(tǒng)，提出了改善信道估計(jì)誤差影響的Sounding頻域方案----

7、頻率選擇性Sounding方案（FS-SRS方案）。在當(dāng)前LTESounding方案中，不同用戶的Sounding信號(hào)在衰落信道條件下會(huì)彼此干擾，這會(huì)嚴(yán)重降低CSIT的估計(jì)精度，從而影響波束成形系統(tǒng)的性能。為此，本文提出了能消除和抑制SU-MIMO系統(tǒng)中不同用戶間Sounding干擾的FS-SRS方案。FS-SRS方案不但能獲得更高的CSIT估計(jì)精度，而且具有能自適應(yīng)層二資源調(diào)度策略變化，對(duì)頻率選擇性信道具有魯棒性，在實(shí)際系統(tǒng)中幾乎不受

8、時(shí)偏影響，以及降低Sounding負(fù)荷和提高Sounding容量等一系列優(yōu)點(diǎn)。
　　 4)針對(duì)MU-MIMO系統(tǒng)，在FS-SRS方案的基礎(chǔ)上，提出了擴(kuò)展頻率選擇性Sounding方案（extended-FS-SRS方案）。與FS-SRS方案相比，extended-FS-SRS方案能讓更多的用戶在同一個(gè)傳輸時(shí)間間隔(TTI)內(nèi)接入，這對(duì)LTE-Advanced中的下行增強(qiáng)型MIMO、協(xié)作多點(diǎn)(CoMP)等技術(shù)特別有價(jià)值，因?yàn)檫@些技