道互易性和现有lte帧结构实现信道预测

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1、万方数据鬻甲一。∞雾“雾i酝．^*-。研究与开发利用TDD信道互易性和现有LTE帧结构实现信道预测木董时菊。王海波。刘寅生(北京交通大学宽带无线移动通信研究所北京100044)1引言随着IMT-Advanced标准化进程的展开．TDD技术的研究成为利用和延续我国已有技术TD—SCDMA、TD．LTE的重要手段之一。本文在利用TDD信道互易性的基础上，针对现有LTE帧结构2，提出了基于MMSE(最小均方误差)的线性信道预测模型，同时，对在不同移动速度下单帧递推信道预测及多帧递推信道预测的性能进行了仿真和对比。黧美键溅墨辨}傣遂震撼槛；麓灌藻簸随着3G系统步入商用，各国对B3G／4G的

2、研究力度也随之增大。如何满足删对IMT-Advanced性能的要求，成为各国标准化组织的当务之急。IMT-Advanced包括两种双工模式．分别是TDD和FDD。具有我国自主知识产权的TD．SCDMA和其后提出的’I'D．L1[1E均采用TDD模式。TDD优于FDD的特点之一是其具有信道互易性。在TDD系统中，上下行链路使用相同的频谱，因此可以利用上行信道估计结果预测下行信道信息。互易性受系统相干时间制约，若上下行信道的传输在相干时间内，则上下行信道互易；若超过相干时间，则互易性不成立。在现有的文章和LTE标准中已有过关于能否利用TDD信道互易性的建议，但没有实施的方法和实施所需条

3、件的定量讨论IⅧ。参考文献【1]证明了利用信道互易性的可行性，同时，提出了射频电路的非对称性可通过+国家重大专项“新一代宽带无线移动通信网”IMT-AdvancedTDD特定技术研发项目(No．2008ZX03003—001-01)系统校准克服，校准后的射频电路即使再次出现非对称性。其时间尺度也远大于信道的变化速度。这里仅讨论信道变化对利用互易性进行信道预测的影响。本文基于现有TDD帧结构提出利用信道互易性实现信道预测的方法，定量分析了其在不同用户终端移动速度下的性能。2TDD模式下信道预测模型及方法2．1预测模型线性预测的基本思想是利用过去若干个信道取样的线性组合逼近预测信道值。

4、使得实际值和线性预测值之间的均方误差最小。从而决定一组预测系数。本文采用自相关法进行线性预测M。令过去P个信道取样值为：一r．一一--ITh[n—l】=l而【刀一1】，办【”一2】，⋯，h[n—P】l(1)由于信号的相关性。可用过去P个信道取样的加权和预测当前信道状态。设P阶前向线性FIR滤波器预测系数为：万方数据一皇笪登堂垫!!堡蔓：壁燮口2lal，a2，⋯，apJ(2)8预测的上行信道状态为盂+In]，预测的下行信道状态为再‘匝】(Iil代表上行信道取样值，再代表下行信道取样值)，则上行信道预测结果为：石+【刀】：q·

5、i；h—l】+口2·

6、i；_一2】+⋯+哗·科，l—P】=

7、∑％·石k一七】=aJii[n-1](3)利用TDD信道特有的互易性【11，即在系统相干时间内上下行信道相等，可得：再+【胛】=五+【刀】(4)由式(3)和(4)可得：Ji；+【n】=nIii【”一I】(5)将实际信道取样值石[n】和预测值磊+M之差定义为预测误差e(曲，表达为：8(甩)=m卜再’M=磊M一∑％·石【刀一后】(6)这里采用最小均方误差准则，通过最小化预测误差，求解线性预测器系数。将均方误差E[e2(n)]对各个系数啦求偏导数，并令其为零：—OE_[e-2一(n)]：0，汪1，2，⋯，P(7)将式(3)带入式(7)，可得：巾)等HmⅢ州1一扣卜币卜司1=R-Z嚷&H)

8、=o(8)其中，R(i)为h的自相关函数，可表述为：R=E【石[以】五【行一邙(9)按最小均方误差原则求解预测系数越矗]，可推出要求解的Yule．Wa】ker方程M：墨R：●砩R墨R⋯砩一。墨R墨⋯琊一：R属R⋯哗。；哗一，邱一：郦～，⋯Rq口2呜：ap(10)式(10)的系数矩阵只是一个对称阵，即科=足。此外，它的所有主对角线和副对角线f与主对角线平行的由左上到右下的斜线)上各自具有相同的元素。这类方程称为Yule-wal

9、ker方程M，方程的系数矩阵称为托普利兹(。I确phtz)矩阵。Toeplitz矩阵常采用递推算法求解。Levinson和Durbin提出了求解这种特殊方程组

10、的最佳算法，即Levinson．Durbin算法嘲。Levinson．Durbin算法利用Toeplltz矩阵的特点进行递推计算。这里利用Levinson．Durbin算法计算自相关方程组，从而得到预测系数141。驴为i阶预测器的预测误差，首先。初始化预测误差：胛=Ro(11)l

11、}i为反射系数，也称为PARCOR(partialcorrelation，部分相关)系数，其取值范围是一I≤岛≤l，I≤i≤p，ki表示为：1广f—l1屯2高卜否∥％J’(1≤《p)(12)