5G系统中相位噪声估计与补偿算法研究

发布时间：2020-05-07 02:21

【摘要】：随着互联网技术的不断发展,现有网络已无法满足需求,第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)应运而生。相比于传统移动通信,5G支持更高的载波频率,加剧了由本地振荡器引入的相位噪声的影响。基于5G中新提出的相位追踪参考信号(Phase Tacking Reference Signal,PT-RS),本文对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统中相位噪声的消除进行研究。相位噪声对OFDM系统接收端的影响包括公共相位误差(Common Phase Error,CPE)和载波间干扰(Inter-Carrier-Interference,ICI)。本文研究了两种常用 OFDM系统中的相差估计与补偿算法,设计并给出工程上可参考使用的PT-RS参数,同时提出相差估计改进方案。进一步,本文提出一种高精度、低复杂度的ICI估计与消除算法,通过仿真对比分析多种PT-RS配置模式和不同信道下算法的表现。循环前缀的正交频分复用(Cyclic Prefix-OFDM,CP-OFDM)系统相差估计与补偿算法的重点是如何消除频域CPE的影响。在该系统中,本文首先在分析系统模型的基础上实现频域相差的估计与补偿;其次,设计PT-RS时频域密度,给出相关建议表格;最后,针对已有算法的不足提出两种改进方案,并通过仿真进行对比与分析。离散傅里叶变换扩频的正交频分复用(Discrete Fourier Transform-Spread OFDM,DFT-S-OFDM)系统相差估计与补偿算法的重点是如何消除时域上变化的相位旋转的影响。同样,在该系统中,本文首先分析系统模型并实现时域相差的估计与补偿;其次,设计PT-RS块的位置、PT-RS符号级时域密度和采样级时域密度,并给出相关参考意见;最后,根据相关仿真结果,分析相位噪声对两种OFDM系统影响程度的不同以及对应相差估计与补偿算法效果的差异。当相位噪声较大时,ICI的影响不容忽视。为了降低算法的复杂度,本文仅考虑来自相邻子载波的干扰。为了更准确地估计ICI,基于原有PT-RS模式,本文首先提出2种新的PT-RS配置模式,分别是留白模式和双PT-RS模式。其次,在具体求解ICI时,本文提出了独立求解和联合求解2种解决方案。最后,在加性高斯白噪声信道和多径衰弱信道两种信道模式下进行Matlab仿真。结果显示,联合求解ICI的准确度高于独立求解ICI,表明利用ICI间的潜在联系增加合并项的数量可以有效提高ICI估计的准确度;留白模式下系统频谱效率最高,表明虽然有效发送数据最少,但由此换来ICI估计准确度的大幅度提升,最终获得最佳的频谱效率性能。
【图文】：

成为５ＧＮＲ中的关键技术。逡逑ＬＴＥ－Ａ系统最多支持８Ｘ８邋ＭＩＭＯ，下行峰值速率ｌＧｂｐｓ，，而５Ｇ的Ｍａｓｓｉｖｅ逡逑ＭＩＭＯ使用大规模天线阵列，其天线数量可以有几十甚至上百根［１（）］。如图１－３逡逑所示，Ｍａｓｓｉｖｅ邋ＭＩＭＯ基站端安装的大量天线可同时收发数据，通过空间复用技逡逑术，在相同的时频资源上同时服务更多用户，从而提升无线通信系统的频谱效率。逡逑４逡逑

逡逑３ＧＰＰ的５ＧＮＲ标准化工作计划如图１－５，其中ＳＡ邋（Ｓｔａｎｄ－ａｌｏｎｅ）为独立组逡逑网，ＮＳＡ邋（Ｎｏｎ－Ｓｔａｎｄ－ａｌｏｎｅ）为非独立组网，ＩＩｏＴ邋（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ邋Ｉｎｔｅｒｎｅｔ邋ｏｆ邋Ｔｈｉｎｇｓ）逡逑为工业物联网简称，ＶｏＮＲ邋（Ｖｏｉｃｅ邋ｏｖｅｒ邋ＮＲ）表示５Ｇ邋ＮＲ承载语音，Ｖ２Ｘ邋（Ｖｅｈｉｃｌｅ逡逑ｔｏ邋Ｘ）表示车对外界的信息交换，Ｘ代表基础设施、车辆和人等。逡逑ＩＩｏＴ逡逑ｍＭＴＣ逡逑ＵＲＬＬＣ逦ＶＯＮＲ逡逑ＮＯＭＡ逦ＮＲ－Ｖ２Ｘ逡逑ｅＭＢＢ－ＮＳＡ逦ｅＭＢＢ－ＳＡ逦频谱共享逦ＮＲ增强逡逑．．．邋．．．逡逑Ｏ逦0逦０—逦0逦逡逑２０１７年１２月逦２０１８年６月逦２０１９年丨２月逦２０２０年及以上逡逑图］－５邋３ＧＰＰ邋５ＧＮＲ标准化工作时间安排［２９］逡逑面向２０２０年的商用部署，ＩＭＴ－２０２０推进组对外公布了未来的工作计划，如逡逑图１－６所示
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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本文编号：2652271