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OFDM系统中子载波间干扰的产生因素及消除研究

秦文  
【摘要】: 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术作为一项多载波调制(Multi-Carrier Modulation,MCM)技术,在很多领域得到了广泛的应用,其最重要的优点是相比传统的频分复用技术具有更高的频谱利用率。这得益于它利用了子载波之间的正交性,使得不同子载波信号在频谱上相互重叠,却不影响它们各自的接收。但是,这一优点同时也给OFDM技术埋下了一个隐患,即子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)。随着通信要求的不断提高,OFDM系统逐渐向子载波数更多,载波频率更高,移动速度更快的方向发展。这将导致子载波间隔更窄,ICI的程度更严重。此时,OFDM系统的正交性变得十分脆弱,ICI的影响将不可忽视。 本文以无线移动环境下的OFDM系统为对象,围绕ICI的消除进行研究。主要内容分别涉及ICI自消除,时变信道估计,系统均衡和多成因ICI的联合消除等方面。具体而言,主要有以下七个方面的工作和创新点: (1)指出目前存在的基于多项式的ICI自消除编码方法并非最优且编码效率缺乏灵活性,提出了基于生成矩阵的可变编码效率的ICI自消除编码方法,并且,在编码效率给定的情况下,通过搜索算法设计出达到ICI消除效果最优的生成矩阵。 (2)提出在OFDM系统中的脉冲成形技术应该遵从两个标准:ICI抑制效果和带外功率泄漏。并在滚降系数给定的情况下,给出了最佳脉冲波形的模型,以此设计出了在减少带外功率泄露和抑制ICI干扰两方面均具有很好表现的脉冲波形。 (3)提出了基于粒子滤波的时变信道估计方法。首先,利用相邻OFDM符号周期内中间时刻的信道冲击响应进行自回归(Auto-Regressive,AR)建模,并在导频符号辅助情况下,建立起状态空间模型。通过对ICI干扰的统计分析,指出其不符合高斯分布。于是,采用粒子滤波对线性非高斯的状态空间模型进行信道估计。最后,利用三次样条插值逼近出完整的时变信道。 (4)将ICI自消除的原理应用在了改善时变信道估计性能上。首先,指出BEM建模下基于导频符号辅助信道估计所存在的问题,即相邻非导频符号产生的ICI干扰,降低了估计的准确度。然后,分析发现子载波所产生的ICI系数具有渐变特性。于是,提出在接收端采用ICI自消除操作以减小ICI项,提高估计效果。 (5)提出了OFDM系统中基于叠加训练(SuperimposedTraining)序列的时变信道估计方法。叠加序列具有不占用频谱资源的优点。但是,由于叠加序列方法利用了一阶统计量,则要求被估计值必须恒定,而单纯的时变信道是不可能满足这一要求的。所以,利用BEM建模将一个OFDM符号周期内的时变信道转化为恒定的BEM基系数,便可以实现利用叠加序列估计时变信道。 (6)在复指数BEM(CE-BEM)信道建模的基础上,提出了低复杂度的判决反馈均衡器(Decision Feedback Equalizer,DFE)。该均衡器利用估计得到的CE-BEM基系数直接构造DFE,从而避免了恢复时变信道的运算,以及均衡中的大矩阵求逆运算,大大降低了复杂度。 (7)提出了对时变信道和相位噪声同时产生ICI的消除方法。由于在时变信道和相位噪声混合的情况下,依然满足平稳窄带特性,因此,采用卡洛BEM(KL-BEM)对混合时变信道和相位噪声进行建模,从而完成了对时变信道和相位噪声的同时估计。


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