无线移动通信系统的信道估计算法研究

1JIUJIANGUNIVERSITY毕业论文（设计）题目无线移动通信系统的信道估计算法研究英文题目Theresearchofsomeestimationmethodsofchannelinmodernwirelesscommunicationsystems院系电子工程学院专业通信工程姓名邱蓉年级二零零三级指导教师查代奉2二零零七年六月无线移动通信系统的信道估计算法研究摘要在无线移动通信中，信道带宽的有限性可能产生码间干扰(ISI),因此可引起信道频率选择性（衰落）。在基站和移动台之间相对的运动会导致随机的频率调制，并由此使得信道随时间变化，具有时间选择性。通常信道都是同时具有频率选择性和时间选择性。为了实现可靠的通信，接收器必须估计（信道）而且使信道与经由信道导入而产生的失真相均衡。在本篇论文中,时变和频率选择性衰落的估计算法则包括：空间和时间传输方式不同的WCDMA上行和下行链路，以及研究中的MIMO系统。本文介绍了随时间变化频率的任意信道的一些估计以及预测方法以及在WCDMA上行链路系统中的应用研究，其中的单时隙加权平均算法和多时隙加权平均算法（WMSA）都是经过分析比较得到的。本论文的主要研究工作在于介绍了一种改进的多时隙加权平均算法（MWMSA）,仿真表明其性能优良。[关键词]：宽带码蜂多址，信道估计，多时隙加权平均，码间干扰3TheresearchofsomeestimationmethodsofchannelinmodernwirelesscommunicationsystemsABSTRACTInwirelessmobilecommunications,thelimitationofchannelbandwidthmaycauseintersymbolinterference(ISI)andthusthechannelisfrequencyselective.Therelativemotionbetweenthebasestationandthemobilestationmaycauserandomfrequencymodulationandmakethechannelbecomewiththetime.Generallythechannelisbothfrequencyselectiveandtimeselective.Inordertoachievereliablecommunication,thereceivermustestimateandequalizethechanneltocombatthedistortionsinthechannel.Inthispaper,theestimationalgorithmsoftime-varyingfrequencyselectivechannelinmodernwirelesscommunicationsystemsincludingWCDMAuplink,WCDMAdownlinkwithspacetimetransmitdiversityandMIMOsystemareinvestigated.Themainresearchingworkinthispapercanbesummarizedasfollows:Someestimationmethodsoftime-varyingfrequencyselectivechannelaredeeplystudiedinWCDMAuplinksystem.Thealgorithmsofoneslotaveragingweightedmulti-slotaveraging(WMSA)andinterpolationareanalyzedandcompared.Themainresearchingworkin4thispaperisfocusedonamodifiedmethodaboutweightedmulti-slotaveraging(MWMSA)whichhasbettercapability.Thecomputersimulationsareperformedforthealgorithms.[Keywords]：WCDMA,Channelestimation,WMSA,ISI5目录第一章引言..............................................71.1现代移动通信系统的发展现状.................................71.2课题的背景意义.............................................91.3国内外的研究状况..........................................101.4本文的主要工作和章节安排..................................12第二章无线移动通信信道.......................................132.1无线移动通信信道概述.....................................................................132.2多径衰落信道的数学描述和实现结构..............................................132.3无线信道的动态特性........................................152.3.1时延扩展与相干带宽.................................152.3.2多普勒(Doppler)扩展与相干时间......................162.3.3无线信道的选择性衰落...............................172.4Rayleigh衰落信道的AR过程模拟............................182.4.1Rayleigh信道的功率谱密度..........................182.4.2AR过程对Rayleigh信道的模拟.......................192.5本章小结..................................................21第三章WCDMA上行链路衰落信道估计..............................223.1RAKE接收原理............................................223.2WCDMA上行链路信号处理流程................................243.3仿真参数的设置...........................................283.4多时隙加权平均(WMSA)算法.................................303.4.1基本的WMSA方法...................................303.4.2改进的WMSA方法...................................313.4.3仿真结果..........................................3363.5本章小结..................................................36第四章全文总结...........................................37参考文献..................................................38致谢.......................................................407第一章引言1.1现代移动通信系统的发展现状迈入21世纪，我们己经进入到一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高工作效率和经济效益。在过去的十几年里，移动通信技术获得了巨大的进步。从传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统，从本地覆盖到区域、全国覆盖，并实现了国内甚至国际漫游，从提供语音业务到提供低速数据的综合业务，从模拟移动通信系统到数字移动通信系统等。第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统。1978年美国贝尔实验室成功研制出先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝式移动通信系统。这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在70年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网也即小区制，由于实现了频率复用，所以大大提高了系统的容量。模拟蜂窝网虽然取得了很大的成功，但其频谱利用率低，业务种类受限，通话易被窃听，难以满足移动通信系统的发展。为了解决模拟系统中存在的根本性技术缺陷，数字移动技术应运而生，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统。到了80年代中期，欧洲受限推出了泛欧GSM数字蜂窝系统，随后美国从扩容并兼容的观点开发了采用TDMA技术的D-AMPS数字蜂窝系统，此后为了进一步扩大容量，又推出了采用CDMA技术的数字蜂窝系统。为了满足迅速增长的移动用户群和多样化的移动业务需求，90年代国际电联(ITU)提出了第三代移动通信系统的概念IMT2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)。它工作在2GHz频段，提供高质量、高保密性、低成本的话音、分组数据和多媒体业务，综合寻呼、蜂窝、卫星移动通信系统，并具智能化、个人化特点的全球漫游系统。其主要体制有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA。WCDMA由欧洲和日本的方案融合而成，技术特点是频分双工，可适应多种速率、多种业务，上下行快速功率控制，支持不同载频间切换，基站之间无须同8步，电磁干扰影响小，适用于高速环境，是一种较有前途的技术方案。TD-CDMA由欧洲提出，技术特点是时分双工，采用TDMA帧结构，时隙内为CDMA结构，采用联合检测技术，可减小其它用户的噪声干扰，适用于低速环境，与GSM的兼容性好，缺点是电磁干扰影响大。1998年初欧洲电信标准协会ETSI-SMG2巴黎会议对欧洲第三代移动通信系统UMTS的地面无线电接入(UTIZA)技术达成如下一致意见:在UMTS的成对频带将采用频分双工(FDD)、宽带码分多址技术例（CDMA），用于广域高速移动通信;在非成对单频带将采用时分双工(TD功、时分一码分多址技术(TD-CDMA),用于室内低速移动通信。决定采用基于WCDMA和TD-CDMA的统一空中接口，支持2-5MHz频带宽度，提供FDD/TDD双模动终端。CDMA2000是由美国提出的，技术特点是反向信道连续导频、相干接收，前向发送分集，电磁干扰影响小，与IS-95CDMA的兼容性好，综合经济技术性能较好。TD-SCDMA由我国提出，技术特点是应用同步和智能天线技术，适用于低速接入环境。它已经成为国际第三代移动通信的重要标准之一，是中国百年电信史上第一次提出的完整标准，标志着中国从跟踪向创新转变的历史性的一步，预示着我国民族移动通信工业在错过第一代、赶上第二代移动通信的脚步后，能够在第三代技术的研究开发上与世界潮流保持同步，并在未来的移动通信市场获得更大的发展空间。进入21世纪以来，随着第三代移动通信的发展和商业应用，随着后3G(beyond3G)的开发，以自适应调制解调技术、自适应编解码技术、正交频分复用(OFDM)技术、多输入多输出(MIMO)技术等为代表的移动通信新技术得到了越来越多地重视。各大国际通信公司，如NTT,DoCoMo,Siemens,Nokia等，都在各种场合提出了各自的后3G或4G的概念。在下一代移动通信的空中接口技术方面，OFDM,MC-CDMA,TDMA/CDMA,CDMA