高速移動通信環(huán)境下無線通信面臨的問題

1、 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院高速鐵路和高速公路的開通和應(yīng)用,使未來移動通信系統(tǒng)面臨高速移動環(huán)境。在高速移動環(huán)境下，無線通信系統(tǒng)會產(chǎn)生大的多普勒頻移，信道會發(fā)生快速變化，這些變化會嚴(yán)重地降低移動通信系統(tǒng)的性能。 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院針對高速移動環(huán)境下的移動通信系統(tǒng)，TDD-LTE在物理層中，從幀、時隙和OFDM符號長度的選擇、上下行鏈路的切換參數(shù)，子幀中導(dǎo)頻/前導(dǎo)插入頻率等方面進(jìn)行考慮。 西安電子科技大學(xué)西安

2、電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院3GPP TSG-RAN WG4 (Radio) Meeting #41 R4-061161Riga, Estonia, 6th November 10th November, 2006 ParameterDeployment scenarioOpen Area ATunnel: leaky cable BTunnel: multi-antennas CFrequency band2 GHz2 GHz2 GHzUE speed350 km

3、/hr300 km/hr300 km/hrInter site distance (ISD)1000 mN/A300 mBS-rail track distance50 m2 m2 mChannel modelAWGNSingle tap Rice fading 1AWGNMax Doppler shift at BS1340 Hz1150 Hz1150 HzUL power controlOFFOFFOFFParameters for high speed train deployment scenarios for BS requirementsEricsson 西安電子科技大學(xué)西安電子科

4、技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院05101505101500.511.52時 間 序 號子 載 波 序 號幅度0510150510150.20.40.60.811.2符 號 序 號子 載 波 序 號幅度0510150510152000.511.5符 號 序 號子 載 波 序 號幅度0510150510152000.511.5符 號 序 號子 載 波 序 號幅度K=0K=9K=18 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院理想實際實際 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院例如高速列車時速高達(dá)例如高

5、速列車時速高達(dá)350km，接近接近100m/s，載波頻率考慮載波頻率考慮2.3GHz，其最高多普勒頻率為，其最高多普勒頻率為746Hz,根據(jù)根據(jù)LTE-TDD傳輸標(biāo)準(zhǔn)中的子載波間隔為傳輸標(biāo)準(zhǔn)中的子載波間隔為15KHz，用用子載波間隔歸一化后為子載波間隔歸一化后為0.049?？紤]上下行鏈路之間的關(guān)系和系?？紤]上下行鏈路之間的關(guān)系和系統(tǒng)特點，系統(tǒng)可能面臨的統(tǒng)特點，系統(tǒng)可能面臨的歸一化最高多普勒頻率為歸一化最高多普勒頻率為0.1左右左右。補償 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院4%5% 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大

6、學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院（1），（2）（3）（1）0.020.030.040.050.060.070.080.090.13032343638404244464850歸一化的頻偏值SINR(dB) k=9 k=18350km/h350km/h500km/h500km/h05001000150001020304050607080fd(Hz)SINR(dB)一 個 符 號 內(nèi) 多 普 勒 頻 移 和 載 干 波 變 化 曲 線 k=9k=18 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院051015202510-210-1100SNR（ dB）FER 一 幀 中 符 號 內(nèi) 信 道

7、 不 變 16QAM K=9一 幀 中 符 號 內(nèi) 信 道 變 化 16QAM K=9一 幀 中 符 號 內(nèi) 信 道 不 變 16QAM K=18一 幀 中 符 號 內(nèi) 信 道 變 化 16QAM K=18（1） 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院0510150510152000.511.5符 號 序 號子 載 波 序 號幅度0510150510152000.511.5符 號 序 號子 載 波 序 號幅度05101520253010-410-310-210-1100Es/No （ dB）FER符 號 間 信 道 變 化 對 誤 幀 率 性 能 的 影 響 子 幀 內(nèi) 信

8、 道 不 變 （ k=9）子 幀 內(nèi) 信 道 不 變 （ k=18）符 號 間 信 道 變 化 （ k=9）符 號 間 信 道 變 化 （ k=18） 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 、 多普勒頻移引入時變頻偏估計的方案有；第一種是；在移動速度達(dá)到350km/h時，在一個時隙或子幀內(nèi)，列車移動距離大約在0.050.1m，時變的頻偏可以近似為不變，通常以時隙或子幀為單位進(jìn)行時變頻偏估計；第二種是。 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工

9、程學(xué)院 多普勒頻移引入時變頻偏估計中，我們研究了。頻偏在上行和下行鏈路中都使接收信號產(chǎn)生時變的相移?？梢允褂玫乃惴ㄓ小?西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院0510152025303510-610-510-410-310-2SNR (dB)MSE CP k=9CP k=18DD k=9DD k=18pilot k=9pilot k=18051015202510-410-310-210-1100SNR (dB)FER 理 想 k=9理 想 k=18CP k=9CP k=18DD k=9DD k=18pilot k=9pilot k=18 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通

10、信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院0510152025303510-510-410-310-2SNR（ dB）MSE CP K=9RS K=9DD K=9DD K=18RS K=18CP K=180510152025303510-610-510-410-310-210-1100SNR （ dB）BER CP K=9RS K=9DD K=9Ideal K=9CP K=18RS K=18DD K=18Ideal K=18 西安電子科

11、技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院( )cos ( )df tft 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 111nnn 車速為車速為350km/h時時的估計出多普勒的估計出多普勒頻移和實際的頻頻移和實際的頻移的比較圖移的比較圖（時間間隔（時間間隔1ms） 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院10002000300040005000600070008000900010000-0.06-0.04-0.0200.020.040.06Times(ms)Normalted Doppler

12、 Shift 利 用 AR模 型 后 的 頻 偏 值實 際 頻 偏 值10002000300040005000600070008000900010000-0.06-0.04-0.0200.020.040.06Times(ms)Normalted Doppler Shift 利 用 AR模 型 后 的 頻 偏 值實 際 頻 偏 值K=9K=18 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 多普勒頻移引入時變頻偏的補償方案可以采用兩種多普勒頻移引入時變頻偏的補償方案可以采用兩種, ,第一種是直接第一種是直接補償，即上下行鏈路分別補償補償，即上下行鏈路分別補償, ,第二種是預(yù)補償方案

13、第二種是預(yù)補償方案, ,即上行鏈路估計與即上行鏈路估計與補償補償, ,利用利用TDD LTETDD LTE鏈路的對稱性鏈路的對稱性, ,對下行鏈路進(jìn)行預(yù)補償對下行鏈路進(jìn)行預(yù)補償, ,可以簡化用戶可以簡化用戶終端的復(fù)雜度。終端的復(fù)雜度。 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院02004006008001000115200.511.5一 個 符 號 內(nèi) 的 采 樣 點 序 列幅度 萊 斯 因 子 =18萊 斯 因 子 =90.020.030.040.050.0

14、60.070.080.090.13032343638404244464850歸一化的頻偏值SINR(dB) k=9 k=18350km/h350km/h500km/h500km/h 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院020004000600080001000012000140001600000.511.5一 個 子 幀 內(nèi) 的 采 樣 點 序 列幅度 萊 斯 因 子 =18萊 斯 因 子 =905101505101500.511.5符 號 序 號子 載 波 序 號幅度 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程

15、學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院，決定均衡后系統(tǒng)的性能。為此在研究中針對下行鏈路的特點，開展了提高導(dǎo)頻上信道估計精度方法和提高內(nèi)插精度的方法研究。 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院05101520253010-410-310-210-1100101SNR(dB)MSE 新 方 法LS專 利 門 限 方 法基 于 變 換 域 方 法05101520253010-310-210-1100SNR(dB)BER LS方 法專 利 門 限 方 法基 于 變 換 域 方 法新

16、方 法理 想 pilot理 想 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院05101520253010-610-510-410-310-210-1100SNRBER LSProposed new +2個 符 號 一 起 擬 合Proposed new +4個 符 號 一 起 擬 合Proposed newProposed new + 符 號 間 內(nèi) 插 判 決IdealIdeal pilot05101520253010-410-310-210-1100SNRFER LSProposed new+ 2個 符 號 一 起 擬 合Proposed new+ 4個 符 號 一 起 擬

17、合Proposed newProposed new +符 號 間 內(nèi) 插 判 決IdealIdeal pilot 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院024681012140.70.80.911.11.21.31.41.5符 號 序 號信道系數(shù)幅度值 內(nèi) 插 +外 擴多 項 式 擬 合 +外 擴多 項 式 擬 合 +判 決理 想02468101214-0.4-0.200.20.40.60.81符 號 序 號信道系數(shù)相位值 內(nèi) 插 +外 擴多 項 式 擬 合 +外 擴多 項 式 擬 合 +判 決理 想 西安電子科技

18、大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院0510152025303510-310-210-1100101SNR（dB）MSE LS-內(nèi)插多項式擬合多項式擬合 +1次判決多項式擬合 +2次判決多項式擬合 +3次判決多項式擬合 +4次判決0510152025303510-810-710-610-510-410-310-210-1100SNR（dB）BER 多項式擬合理想內(nèi)插多項式擬合+1次判決多項式擬合+2次判決多項式擬合+3次判決多項式擬合+4次判決 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安

19、電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院(2)循環(huán)延遲分集循環(huán)延遲分集 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院(2)循環(huán)延遲分集循環(huán)延遲分集 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院(2)循環(huán)延遲分集循環(huán)延遲分集 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院去CPS/PFFT+P/SBPSK調(diào)制S/PFFT+ 12xjfne2xQjfne10,xXf11,xX Nf0,QxXf1,QxXNf1*10,xwHf1*11,xwHNf*0,QQxwHf*1,QQxw HNf(0)Z(1)Z N判決判決 西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院通信