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OFDM系统中相位噪声的影响与抑制研究

刘光辉  
【摘要】:与单载波传输方案相比,正交频分复用(OFDM)能更有效地对付多径衰落信道引入的符号间干扰(ISI);由于采用单抽头的信道均衡器,所以接收机相对简单,有利于硬件实现。同时,OFDM系统频谱效率较高,可以提供更高的传输速率。因此,OFDM技术非常适合于未来的高速无线多媒体通信系统。 OFDM符号周期较长,所以对本振相位噪声较为敏感。相噪对频域的OFDM信号产生两种影响:公共相位误差(CPE)和载波间干扰(ICI)。本文在前人对相噪影响分析的基础上,采用精确的数学公式来描述CPE和ICI,并提出用等效的滤波器方法来分析相噪问题。为了考查相噪对OFDM系统性能的影响,本文分别得到了在两种相噪统计模型假设下,对任意相噪水平都适用的信号—干扰噪声功率比(SINR)表达式。通过对系统SINR的分析,可以准确地确定OFDM系统参数。 常规的相噪处理方法是CPEC,CPEC只能处理相噪引入的CPE。但只纠正CPE并不总能满足系统要求,在高速率通信系统中尤其如此。所以,对相噪ICI进行估计和补偿显得尤为必要。 本文建立了一种新的相噪模型—频域线性参数模型。这种模型与直接的一阶线性近似相比,可以提供更好的近似。基于线性参数模型,本文分析了相噪ICI引起的性能损失,并得到了系统SINR表达式。进而本文提出一种新的相噪抑制方案—ICI抑制(ICIR),可以纠正相噪CPE和ICI的影响。ICIR方案在发送的OFDM信号中插入若干相噪估计导频,接收机根据导频失真采用LS方法来估计相噪参数,并在时域或频域抑制相噪产生的影响。仿真结果表明,ICIR方案非常有效,并优于传统的相噪处理方法。 本文还考查了瑞利衰落信道条件下的相噪抑制。由于相噪ICI降低了系统有效信噪比,所以信道估计之前抑制ICI显得尤为必要。研究表明,在多径衰落的影响被消除之前可以用本文ICIR算法进行相噪补偿,然后用LS方法估计信道信息。由于LS估计的结果对干扰和噪声较为敏感,所以本文采用了一种新方法估计信道冲激响应(CIR)的有效阶数,并对CIR进行滤波,以提高信道估计的精度。另外,本文用仿真的方法考查了瑞利衰落信道影响下的ICIR算法性能。结果表明,即使在多径条件下,用ICIR算法也可以使相噪影响显著降低,从而改


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