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时变色散信道中OFDM系统的信道估计与均衡方法的研究

邵怀宗  
【摘要】: 在移动无线通信中,由于能提供高速率和高质量的通信服务,正交频分复用(OFDM)技术成为当前国际上的研究热点,而时变色散信道的估计和均衡问题是其中的技术难点之一。对于该领域的研究,国外出现蓬勃发展之势,国内还处于起步阶段。本文试图在前人的工作基础上,对这一问题作一些探讨。 本文以无线和移动通信系统为背景,从四个方面对时变色散信道下的OFDM系统的信道估计和均衡问题进行了研究。第一是基于导频符号的信道估计方法,第二是基于循环前缀的信道估计方法,第三是信道的盲估计方法,第四是基于多天线OFDM系统的信道估计和均衡方法的研究。 具体而言,主要有以下六个方面的工作和创新点: (1)利用在OFDM系统中信道的频域响应是过采样的特性,提出了在频域内用均匀梳状分布的导频符号和与导频符号数相同点的傅里叶变换相结合的信道估计方法。在16QAM OFDM系统中,将其与带低通滤波器的si(sin(x)/x)插值法、cubic插值法和Winner插值法进行了信道估计的均方误差和无编码的误比特率的仿真结果进行了比较。结果表明,本方法的估计性能优于si和cubic插值法,接近优化的Winner插值法,但其计算复杂度与Winner插值法相比却大大降低。 (2)对[113]的算法进行改进,由单路发射改为I/Q两路发射。采用复抽头系数的FIR滤波器来对无线信道进行建模,并用循环前缀作为训练序列对信道进行估计和均衡。仿真结果表明,当FIR信道没有深度衰落时,本文的算法在相同的子载波和比[113]传输效率提高一倍的情况下,能有效地自动跟踪信道的变化;当信道有深度衰落时采用线性预编码的情况下,本文的算法在比[113]传输效率有较大提高的情况下,也能有效地跟踪信道的变化。 (3)利用OFDM系统传输的信息符号为有限字符集和各子载波的相互独立特性,提出了用伪导频符号(PPS)进行信道的盲估计算法。与用于做信道估计的导频符号不同,PPSs传输的是有用的数据,因此提高了系统的带宽利用率,PPSs的平均功率增加3dB或6dB可有效抑制信道的加性高斯噪声。对信道盲估计的均方误差(MSE)和由此算法获得的信道的状态信息,对无编码的OFDM系统进行解 一 调的误比特率进行了仿真。结果表明,本文的算法是有效的并具有很好的灵活性。 O)提出了一种适用于多个独立发射天线OFDM系统的导频符号辅助的信道 估计方法,给出了两个天线发射单天线接收、单天线发射两个天线接收和两个天 线发射两个天线接收三种情况下OFDM系统的性能比较。结果表明,多个独立 天线OFDM系统的性能明显优于单天线的OFDM系统;同时还给出了一种简单 的能有效抑制峰值功率/平均功率比(PAPR)且适于多发射天线OFDM系统的导频 符号辅助的信道估计方法,仿真结果再次证明了上述结论。 *)提出了一种适用于Alamouti块编码的多天线发射OFDM系统的接收机。 在该接收机中充分利用了Alaxnouti编码的正交特性和多发射天线的OFDM系统 特性,通过灵活的变换方法对接收信号进行等价的表示,使直接判决反馈的多发 射天线OFDM系统的算法有效避兔了大矩阵求逆,从而降低了算法的计算量和 接收机的复杂度。计算机仿真结果证明了该接收机的有效性和高效性。 的)提出了一种适用于Alamollti块编码的多天线发射OFDM系统的自适应均 衡算法。该算法充分利用了Alamouti编码的正交特性和多发射天线OFDM系统 特点,通过灵活的变换对接收信号进行等价的表示;通过对11矩阵求逆的研究, 将块最小二乘递推算法(BRL)中的 ZK X ZK的矩阵求逆分解为 K个 2 X 2矩阵的 求逆,从而降低了自适应算法的运算量和接收机的复杂度。计算机仿真结果证明 了该自适应均衡算法的有效性和快速收敛性。


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