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LTE上行链路SC-FDE同步技术研究

张磊  
【摘要】:单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization, SC-FDE)是一类高效的无线传输技术。它能够有效对抗高速数据传输中的符号间干扰(ISI),可以在频域进行低复杂度的均衡以消除多径衰落带来的时频色散。它与正交频分多路复用(OFDM)具有相似的系统结构和复杂度,但具有低峰均功率比(PAPR)的优势,被认为是OFDM技术的重要替代。目前,SC-FDE已成功应用于下一代移动通信标准——LTE系统的上行链路中。在SC-FDE系统中,定时同步和频率同步是获得良好均衡效果的必要前提,因此本文主要对这两种同步技术进行研究,主要研究工作如下: 首先,对LTE系统进行概述,对应用于LTE系统中的SC-FDE和OFDM技术进行了比较分析,阐述了SC-FDE系统的基本原理。同时,对定时偏移和载波频偏的原理模型进行了理论分析,指出这两种同步问题对SC-FDE系统的影响以及研究同步算法的必要性。 其次,在现有经典的基于数据辅助的同步算法的基础上,针对Schmidl Cox算法的定时同步出现相关平台(plateau),估计精度不高,载波频偏估计范围不宽的问题,对Schmidl Cox算法进行改进,提出一种基于数据辅助的定时偏移和载波频偏联合估计算法。该算法使用一种特殊训练序列结构,不仅消除了测度函数的相关平台,而且抑制了虚假峰值的出现,提高了估计精度,并降低了计算复杂度;同时,根据信号的时域整数倍频偏转化到频域后,等价于频域序列的循环移位,改进算法采用先进行小数倍频偏补偿,再转化到频域求序列循环移位的方法,得到整数倍频偏估计。该方法在AWGN信道和低信噪比情况下与Schmidl Cox算法相比,具有较高的估计精度,但在多径信道中性能受限。特别是,由于频率同步在频域进行,改进的频率同步算法非常适合应用于实际的SC-FDE系统。 再次,本文还提出了一种改进的基于非数据辅助的定时偏移和载波频偏联合估计算法。该方法采用基于UW的帧结构,在尽量不降低系统频谱效率的前提下,根据相邻块的UW中包含的同步偏差综合信息,采用递推加权最小二乘方法,一步估计出定时偏移和载波频偏。而且,递推算法的使用降低了计算复杂度。 总之,本文对SC-FDE系统同步问题进行研究,分别提出了基于数据辅助和非数据辅助的同步算法,并分析了算法在LTE信道中的性能。下一步的研究,将是考虑减小频偏估计算法对定时同步的依赖,以及增强算法在多径信道中的鲁棒性。另外,将同步、信道估计和频域均衡结合起来,以便获得全局最优的效果,也是一个很有意义的研究方向。


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