高速移動(dòng)環(huán)境下信道估計(jì)及0FDM信號(hào)檢測(cè)研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用（OFDM）由于具有較高的頻譜效率而被作為4G通信的關(guān)鍵技術(shù)。隨著人們對(duì)通信質(zhì)量的要求越來(lái)越高，不但要求OFDM系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)環(huán)境下有優(yōu)越的通信性能，還要求在高速移動(dòng)環(huán)境下表現(xiàn)出良好的特性。針對(duì)目前OFDM系統(tǒng)在高速移動(dòng)環(huán)境下解調(diào)性能低且不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求的問(wèn)題，本文對(duì)高速移動(dòng)環(huán)境下解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要涉及到最大多普勒頻移估計(jì)、信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測(cè)，具體研究成果如下：
　　1、針對(duì)傳統(tǒng)最大多普勒頻

2、移估計(jì)方法在高速移動(dòng)環(huán)境下估計(jì)精度低的問(wèn)題，提出了一種基于電平交叉率的最大多普勒頻移的估計(jì)方法，該方法通過(guò)引入循環(huán)迭代的思想使得接收端的濾波器帶寬達(dá)到最優(yōu)，從而在萊斯信道下比傳統(tǒng)的算法更準(zhǔn)確估計(jì)出信號(hào)的最大多普勒頻移，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提算法具有多普勒頻移估計(jì)誤差低、普適性好的特點(diǎn)。
　　2、針對(duì)傳統(tǒng)信道估計(jì)方法在時(shí)變信道下估計(jì)性能差的問(wèn)題，提出了兩種信道估計(jì)方法。首先在多項(xiàng)式信道模型下提出一種有效的信道估計(jì)方法，即在前導(dǎo)序列及導(dǎo)頻

3、的輔助下構(gòu)造兩類(lèi)二階多項(xiàng)式模型，由于第二類(lèi)二階多項(xiàng)式的估計(jì)周期要短于普遍二階多項(xiàng)式的估計(jì)周期，而且信道信息主要是通過(guò)第二類(lèi)二階多項(xiàng)式來(lái)獲取，因此該方法要優(yōu)于現(xiàn)有的基于多項(xiàng)式的信道估計(jì)方法，仿真結(jié)果也表明所提方法比現(xiàn)存算法具有更低的信道估計(jì)誤差。其次在基擴(kuò)展模型下提出基于整體最小二乘的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測(cè)算法，該算法首先通過(guò)導(dǎo)頻估計(jì)初始的信道信息，在此基礎(chǔ)上不斷地采用整體最小二乘進(jìn)行OFDM信號(hào)檢測(cè)及信道估計(jì)，有效緩解迭代模型誤

4、差的影響，加快了算法迭代的收斂速度，提高了信道估計(jì)的精度，從而降低了OFDM系統(tǒng)的誤碼率，最后推導(dǎo)的信道估計(jì)克拉美羅界及仿真結(jié)果均表明所提的算法估計(jì)性能優(yōu)于現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測(cè)算法。
　　3、現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測(cè)算法能夠有效提高信道估計(jì)的性能。然而，當(dāng)信道具有快時(shí)變特性，特別是當(dāng)歸一化多普勒頻移達(dá)到0.8時(shí)，由于基擴(kuò)展模型誤差比較大，其對(duì)信道估計(jì)性能產(chǎn)生較大的影響，如果在信道估計(jì)時(shí)忽略這一誤差，信道

5、估計(jì)的性能將會(huì)比較差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了一種新的聯(lián)合信道估計(jì)與OFDM信號(hào)檢測(cè)算法，該算法先將信道估計(jì)與OFDM信號(hào)檢測(cè)重構(gòu)成一個(gè)實(shí)的非線性最小二乘（NLS）問(wèn)題，然后采用修正的BFGS算法來(lái)求解這個(gè)NLS問(wèn)題，從而獲得較為準(zhǔn)確的信道信息。計(jì)算機(jī)仿真表明所提的算法具有更高的信道估計(jì)精度及更低的誤比特率。
　　4、首先在分析子載波間干擾（ICI）系數(shù)與歸一化多普勒頻移關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出在可忽略損失的信干噪比下近似帶狀信道帶寬

6、與歸一化多普勒頻移的關(guān)系。然后針對(duì)現(xiàn)有均衡器在傳統(tǒng)近似帶狀信道矩陣架構(gòu)下檢測(cè)性能差的問(wèn)題，提出了一種新的近似帶狀信道矩陣架構(gòu)。該架構(gòu)在分塊進(jìn)行OFDM信號(hào)檢測(cè)時(shí)全面考慮了近似帶狀信道矩陣上的ICI分量。最后，將Panayirci等人提出的檢測(cè)方法在每個(gè)子塊下對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。仿真結(jié)果表明，雖然損耗多一點(diǎn)計(jì)算復(fù)雜度，但是檢測(cè)方法在這種新型結(jié)構(gòu)下的檢測(cè)性能要優(yōu)于在傳統(tǒng)近似帶狀信道結(jié)構(gòu)下的檢測(cè)性能。
　　5、針對(duì)BPSK-OFDM

7、系統(tǒng)下現(xiàn)有信號(hào)檢測(cè)算法性能差的問(wèn)題，提出一種新的信號(hào)檢測(cè)算法，也就是基于最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則的修改MMSE（M-MMSE）檢測(cè)算法。該算法為了尋找合適的均衡矩陣，殘留虛部分量被排除在基于MMSE準(zhǔn)則的代價(jià)函數(shù)之內(nèi)，因此殘留虛部分量對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響可以被消除。為了進(jìn)一步提高檢測(cè)的性能，連續(xù)檢測(cè)技術(shù)被應(yīng)用于M-MMSE算法里，這樣不僅能夠最小化殘留干擾和噪聲放大的影響，還能夠很好地利用高速移動(dòng)環(huán)境信道所帶來(lái)的時(shí)間分集增益。計(jì)算復(fù)雜度