基于LTE的地空無線寬帶通信系統(tǒng)的頻偏和時偏估計研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，第4代移動通信LTE(Long term evolution)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟和走向產(chǎn)品化，多個國家的運(yùn)營商已經(jīng)全面開展了的LTE運(yùn)營。同時由于LTE技術(shù)在運(yùn)營中的突出表現(xiàn)，越來越多的人開始關(guān)注LTE技術(shù)在其他領(lǐng)域的發(fā)展，民用航空通信領(lǐng)域就是其中之一。目前，在民用航空上實現(xiàn)移動通信主要有兩種解決方法:一種是采用衛(wèi)星方式，由衛(wèi)星實現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)與民航飛機(jī)的通信;一種是利用地面專用無線基站，這種基站可以實現(xiàn)覆蓋空中的

2、民航飛機(jī)，從而實現(xiàn)地面與民航飛機(jī)的通信。衛(wèi)星通信方式比較成熟，但是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的改裝成本非常高，且?guī)捿^窄、費(fèi)用較高，很難在民用航空中廣泛應(yīng)用。因此采用地面專用無線基站向空中民航飛機(jī)進(jìn)行覆蓋受到越來越廣泛的關(guān)注。由于LTE技術(shù)可以提供更高的下載速率，在20M帶寬下可以達(dá)到150M的下載速率，并且LTE適應(yīng)在高速移動場景下的切換，因此利用第4代移動通信系統(tǒng)LTE系統(tǒng)來實現(xiàn)地空無線寬帶通信具有更廣闊的商業(yè)前景。
　　由于LTE系統(tǒng)在設(shè)

3、計之初是按照最大能為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務(wù)而設(shè)計的，而民航飛機(jī)的飛行速度通常在800～1000Km/h，因此基于LTE的地空無線寬帶通信系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)在于如何在超高速移動場景下支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸。LTE系統(tǒng)采用的物理層關(guān)鍵技術(shù)是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)，由于飛機(jī)在高速飛行時會對LTE系統(tǒng)帶來巨大的多普勒頻移，頻率偏移會破壞O

4、FDM子載波之間的正交性，從而在OFDM各個正交的子載波之間產(chǎn)生互相干擾，影響解調(diào)性能。因此本文重點(diǎn)研究地空無線寬帶通信系統(tǒng)中LTE系統(tǒng)的頻偏和時偏估計。
　　本文首先介紹傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法，分析傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法在LTE系統(tǒng)中能夠支持的最大頻偏估計范圍，根據(jù)理論分析和仿真結(jié)果，證明傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法不能滿足地空無線寬帶通信系統(tǒng)的要求。因此本文首先提出了一種基于PRACH(PhysicalRandom Ac

5、cess Channel)信道的峰值功率比的頻偏估計算法，這種頻偏估計算法能夠?qū)㈩l偏估計的范圍擴(kuò)展為[-1875Hz，1875Hz]，能夠滿足地空無線寬帶通信系統(tǒng)的要求。但是該算法受噪聲影響較大，在某些頻偏范圍內(nèi)估計不準(zhǔn)確，且PRACH信道只在初始接入時終端才會發(fā)起，因此這種算法只適用于估計初始頻偏。
　　為了保證頻偏估計的性能滿足PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）信道的解調(diào)要求，本文還提出

6、一種聯(lián)合的頻偏估計方法，這種方法結(jié)合基于PUSCH信道的傳統(tǒng)頻偏估計算法和本文提出的基于PRACH信道峰值功率比的頻偏估計算法，通過這種聯(lián)合的頻偏估計算法，不僅可以將頻偏估計的范圍擴(kuò)大到[-1875Hz，1875Hz]，同時還能夠保證頻偏估計的精度。然后將本文提出的這種聯(lián)合頻偏估計算法應(yīng)用到LTE系統(tǒng)的頻偏估計和頻偏補(bǔ)償?shù)牧鞒讨校抡娼Y(jié)果表明這種算法能夠?qū)嶋H應(yīng)用于地空無線寬帶通信系統(tǒng)。
　　在時偏估計方面，本文提出了一種時偏和頻偏