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宽带无线通信系统中的同步和信道估计算法

李军  
【摘要】:未来的宽带无线通信系统的目标是实现无所不在的、高速、可靠的移动多媒体传输。正交频分复用(OFDM)技术、单载波频域均衡技术(SC-FDE)和多天线技术都是有助于达到这一目标的有效技术。在多径衰落信道下的同步和信道估计是宽带无线通信系统中需要解决的重要问题。随着集成电路技术的发展,芯片的处理能力飞速增长,一些较为复杂的算法也可以实现,这使得人们有能力进一步追求高的性能。未来无线通信系统希望在不同的无线环境中参数化的解能达到或接近优化性能。从系统设计最优化的角度考虑,对各相关参数应该联合估计。同时,在不同情况下参数估计所能达到的性能极限也是一个十分重要的问题。本论文主要针对宽带无线通信系统接收机,设计和分析定时同步、载波频偏和信道参数单独或联合估计算法,并研究了一些情况下估计这些参数所能达到的极限性能。概括起来,本文的主要内容如下: 1.针对类ESPRIT盲频偏估计方法在小样本下性能急剧恶化,提出了一种基于传播算子的OFDM载波频偏盲估计的闭式解。该算法用构造的数据矩阵计算出传播算子,然后借助于传播算子推导出频偏估计的表达式。为了在小样本时仍能有效估计,用对角加载技术对传播算子的计算公式作了修正。仿真表明,无论在高斯白噪声(AWGN)信道还是多径衰落信道中,该算法在即使1、2个码元样本时,都有较好的估计性能,克服了类ESPRIT算法需要较多样本做统计的不足。同时,与类ESPRIT相同,该算法的估计范围是整个OFDM有用信号带宽,因此具有频偏估计范围大的优点。 2.提出了多径衰落信道下,基于最大似然(ML)准则的OFDM频偏、定时和信道参数联合估计代价函数。通过对代价的进一步推导求解,得出了不同情况下的三个估计算法,这些算法都是基于导频的。首先通过推导,得到了一种整数频偏(IFO)、定时和信道联合估计算法,该算法用FFT和一维搜索同时获得IFO和定时参数,然后进一步获得信道参数,在信道阶数未知的情况下,我们对算法做了调整,用循环前缀(CP)长度代替信道阶数,仿真显示,这种代替对最终性能影响不大;其次,在无载波频偏情况下,对以上算法简化,得到了一种多径衰落信道下定时估计算法,在信道阶数未知情况下,我们用在码元前端补零的方法有效消除了用CP长度代替信道阶数产生的定时测度平台;最后,我们通过把导频码元设计成相同的两部分,提出了一种FFO和定


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