OFDM无线移动通信系统关键技术研究

【摘要】：对于实现下一代移动通信系统的目标而言,正交频分复用(OFDM)技术与码分多址(CDMA)技术相比就显出其优越性。但是,OFDM不仅对于同步误差和信道估计误差非常敏感,而且还伴随发射信号高峰平比(PAPR)的缺点。为此,针对下一代无线移动通信系统的新目标,如何有效地在接收机中实现同步、信道估计并降低PAPR则是有待解决的新问题。针对这些问题,本文重点研究了OFDM接收机中的同步、信道估计以及PAPR这三类关键技术。 首先,论文提出了四种串行PN序列时间同步和频率同步算法。前两种同步算法使用了巴克码与PN序列来提高同步性能。后两种算法是通过不同方法在发射端频域对PN序列进行设计,从而在接收端时域中产生比常规算法更多的可利用的关系以产生更佳的同步信号。分析和仿真表明:对于AWGN信道和多径衰落信道下的高速移动环境,这四种算法同步性能均优于常规算法。 其次,论文提出了三种并行PN序列帧同步算法。这三种算法与常规算法最大的不同之处在于:利用的在一个信息符号上叠加PN序列所分配的能量仅占总能量的1.4%,从而对信号和系统性能造成的影响均可忽略。第一种帧同步算法直接利用了一个长PN序列产生相关并融合保护间隔的冗余特性获得同步信号。第二种帧同步算法采用一个长PN序列在多径信道下的二次相关并融合保护间隔特性获得同步算法。第三种帧同步算法利用短复巴克码的最佳自相关特性和最大似然估计原理推导出。仿真表明:在高速移动的DVB-T系统中,这三种同步算法性能均优良,尤其是第三种算法,不仅计算复杂度更低,而且同步性能更好。 第三,提出了一种计算量较低的利用并行PN序列进行信道估计的LMMSE算法。分析和仿真表明:该算法不需要任何先验知识,不占用宝贵的带宽资源,计算复杂度比LS算法还低,而在低信噪比下信道估计性能比LS算法还好。同时,提出了一种并行PN序列能量分配原则,该原则将拓宽并行PN序列在同步和信道估计技术中的应用。 最后,提出了一种降低PAPR的压缩扩张算法,该算法是一种数值变换的预失真方法,通过理论推导获得。分析和仿真表明:该算法计算复杂度比其他所有降低PAPR的算法计算复杂度更低,而所获得的压扩增益远比同类算法更大,且算法在低信噪比下对系统性能的影响可以忽略。 总之,本文提出了涉及同步、信道估计、降低PAPR三个关键方向的九种算法和一个方案,这些算法可用于OFDM无线移动通信系统实现下一代移动通信的目标。