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《北京理工大学》 2015年
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OFDM系统时域信道预测算法研究

吕长伟  
【摘要】:OFDM(orthogonal frequency‐division multiplexing)与自适应传输是现代无线通信系统的两项关键技术。对于无线宽带信道,OFDM技术能够将频率选择性信道转换为一组平衰落信道,从而有效克服宽带无线通信系统中的符号间干扰问题。同时,自适应传输技术根据信道状态信息(CSI)调整发射参数,能够大幅度改善通信系统频谱利用率。近年来,自适应传输与OFDM技术的结合已经获得了广泛地认可。实现OFDM系统自适应传输的前提是获取下一个数据发送时刻的CSI。传统的获取CSI的方法是信道估计,然而在快变信道中,信道估计所提供的CSI会很快过时。此时,信道预测是解决这一矛盾的必要方法。本论文主要研究OFDM系统中的信道预测技术。研究的主要内容包括: 1.较为全面地分析了OFDM系统的信道时域预测方法与频域预测方法相比所具有的优点,数学推导发现时域方法预测精度高于频域方法,提出了利用信道的稀疏性结构改善时域预测算法性能的新方法。通过对时域信道与频域信道的预测精度进行理论分析,发现时域信道的每个时间抽头(tap)比频域上的每个子载波信道更容易被预测,并且其根本原因是时域信道结构相对于频域信道更为简单;利用时域信道的稀疏性,仅在实际存在的时域时间抽头上执行信道预测,剔除了大部分噪声的影响,有效降低时域信道预测的计算复杂度,并进一步提高了预测精度。 2.在OFDM系统中信道发生突变的情况下,证明了具有代表性的LMS线性信道预测算法的预测误差中仍有残余信息可以被利用,并基于此提出了改善突变信道预测性能的新方法。当信道发生突变时(这里的突变指每一个时间抽头中信道传输子路径数目的突变),传统的自适应线性预测器需要较长时间收敛。当时间抽头中有新的信道传输子路径突然出现时,对具有代表性的LMS(最小均方)自适应线性预测器的预测误差进行了理论分析,发现此时的预测误差中仍含有可以利用的残余信息,即此时的预测误差可以表示为一组幅度震荡衰减的复指数函数形式,并由此提出双重LMS预测方法,在未显著增加预测复杂度的情况下,达到了改善预测精度的目的;证明了时间抽头中有信道传输子路径突然消失引起的突变对信道预测影响不大,原有预测器仍能对突变后的信道进行精确预测;验证了双重LMS预测方法对平滑时变信道的适用性,扩展了双重LMS预测器的应用范围。 3.将OFDM系统中的信号检测技术与信道预测技术结合,提出了利用信道预测技术补偿传统数据辅助信号检测技术处理延迟的检测方法,并利用已检测出的数据对这种方法提出了改进措施。传统的数据辅助信号检测方法在发送序列中周期性地插入导航符进行信道估计,这种方式会引入较大的检测延迟,难以应用在时延敏感业务中。结合时域信道预测的研究成果,设计了利用时域信道预测进行信号检测的新方法,与传统数据辅助的信号检测技术相比,这种新的信号检测器能够在检测精度稍有损失的情况下,补偿检测处理延迟,扩展了信道预测技术的应用范围;提出利用已检测出的数据作为“导航符”来改善信道预测精度的方法,从而进一步提高信道预测辅助的OFDM系统信号检测精度。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN929.53

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