CHANNEL ESTIMATION FOR LTE DOWNLINK 831559/...¢  2015. 6. 30.¢  MEE09:58 CHANNEL ESTIMATION FOR LTE

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     MEE09:58  

     

    CHANNEL ESTIMATION FOR LTE

    DOWNLINK  

     

    Asad Mehmood 

    Waqas Aslam Cheema 

     

     

    This thesis is presented as part of Degree of Master of Science in Electrical  Engineering 

     

    Blekinge Institute of Technology 

    September 2009 

     

    Blekinge Institute of Technology School of Engineering Department of Signal Processing Supervisor Prof. Abbas Mohammed Examiner Prof. Abbas Mohammed

  •    

    Abstract

    3GPP LTE is the evolution of the UMTS in response to ever‐increasing demands for 

    high quality multimedia services according to users’ expectations. Since downlink 

    is always an  important  factor  in coverage and capacity aspects, special attention 

    has been given in selecting technologies for LTE downlink. Novel technologies such 

    as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and multiple input, multiple 

    output  (MIMO),  can  enhance  the  performance  of  the  current  wireless 

    communication systems. The high data rates and the high capacity can be attained 

    by using  the advantages of  the  two  technologies. These  technologies have been 

    selected for LTE downlink. 

    Pilot‐assisted channel estimation is a method in which known signals, called pilots, 

    are transmitted along with data to obtain channel knowledge for proper decoding 

    of  received  signals.  This  thesis  aims  at  channel  estimation  for  LTE  downlink. 

    Channel estimation algorithms such as Least Squares (LS), Minimum Mean Square 

    Error (MMSE) haven been evaluated for different channel models in LTE downlink. 

    Performance of  these  algorithms has been measured  in  terms of Bit Error Rate 

    (BER) and Symbol Error Rate (SER). 

     

                        

  •    

    ACKNOWLEGEMENT 

     

    All  praises  and  thanks  to  Almighty  ALLAH,  the most  beneficent  and  the most 

    merciful, who  gave  us  the  all  abilities  and  helped  us  to  complete  this  research 

    work. 

     

    We  would  like  to  express  our  sincere  gratitude  to  our  supervisor  Prof.  Abbas 

    Mohammed  for  his  support  and  guidance  during  the  course  of  this  work.  His 

    encouragement and guidance has always been a  source of motivation  for us  to 

    explore  various  aspects  of  the  topic.  Discussions  with  him  have  always  been 

    instructive and insightful and helped us to identify our ideas. 

     

    Finally, we are very grateful to our parents, brother and sisters for their sacrifices, 

    unremitting motivation and everlasting  love and their continuous support during 

    our stay in BTH. 

  • 1   

                                              Table of Contents   

     

    Abstract .................................................................................................................................. 2 

    List of Figures ....................................................................................................................... 4 

    Chapter 1                   Introduction .......................................................................................... 7 

    1.1)  Introduction ............................................................................................................... 7 

    1.2)  Objectives................................................................................................................... 9 

    1.3)  Out Line of the Master Thesis .................................................................................. 10 

    Chapter 2                  Overview of LTE Physical Layer........................................................... 11 

    2.1) Introduction .................................................................................................................. 11 

    2.2) Objectives of LTE Physical Layer ................................................................................... 12 

    2.3) Frame Structure ............................................................................................................ 12 

    2.3.1) Type‐1 Frame Structure ............................................................................................. 12 

    2.3.2) Type‐2 Frame Structure ............................................................................................. 13 

    2.4) Physical Resource and Slot structure ............................................................................ 15 

    2.5) LTE Downlink Reference Signals Structure ................................................................... 16 

    2.6)  LTE Downlink Parameters ............................................................................................ 17 

    2.7) Multiple Antenna Techniques ....................................................................................... 18 

    2.7.1) Spatial Diversity ......................................................................................................... 19 

    2.7.1.1) Receive Diversity ..................................................................................................... 20 

    2.7.1.2) Transmit Diversity ................................................................................................... 21 

    2.7.1.3) Cyclic Delay Diversity (CDD) .................................................................................... 23 

    2.7.1.4) Space Frequency Block Coding (SFBC) .................................................................... 25 

    2.7.2) Spatial Multiplexing ................................................................................................... 26 

    2.7.3) Beam‐forming ............................................................................................................ 28 

    Chapter 3                   LTE Downlink System Model .............................................................. 32 

  • 2   

    3.1) Introduction .................................................................................................................. 32 

    3.2) General Description ...................................................................................................... 33 

    CHAPTER 4            Radio Propagation Models .................................................................... 36 

    4.2.1) Large Scale Propagation Model ................................................................................. 39 

    4.2.2) Medium Scale Propagation Model ............................................................................ 40 

    4.2.3) Small Scale Propagation Model ................................................................................. 40 

    4.3) Propagation aspects and Parameters ........................................................................... 41 

    4.3.1) Delay Spread .............................................................................................................. 42 

    4.3.2) Coherence Bandwidth ............................................................................................... 42 

    4.3.3) Doppler Spread .......................................................................................................... 43 

    4.3.4) Coherence Time ......................................................................................................... 43 

    4.4)  Standard Channel models ............................................................................................ 44 

    4.4.1) SISO, SIMO and MISO Channel Models ..................................................................... 44 

    4.4.2) MIMO Channel Models .............................................................................................. 45 

    4.4.3) Effect of Spatial Correlation on MIMO Performance ................................................ 46 

    4.4.4) ITU Multipath Channel Models .................................................................................. 48 

    4.4.4.2) ITU Vehicular‐A (V‐30, V‐120 and V‐350) ............................................................... 50 

    4.4.5) Extended ITU models ................................................................................................. 51 

    Chapter 5          Channel Estimation in LTE .......................................................................... 54 

    5.1) Introduction .................................................................................................................. 54 

    5.2) Signal Model ................................................................................................................