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有关OFDM系统的信道估计和干扰消除技术

作　者: 尼俊红
导　师: 刘泽民
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 正交频分复用干扰消除信道估计和均衡最小均方误差准则滤波器组预编码器
分类号: TN919.3
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 526次
引　用: 2次
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内容摘要

由于OFDM系统具有较高的频带利用率和良好的抗多径衰落性能,可以很好的解决频率选择性信道上的高速数据通信,因而广泛应用于宽带无线通信领域。符号时间的增加,使得OFDM系统具有良好的抗多径性能,但同时也使OFDM系统对于无线移动信道的时变性更加敏感。特别是,多普勒扩展会破坏子载波间的正交性,造成子载波间的功率泄漏,从而产生子载波间干扰(ICI), ICI在严重影响整个系统性能的同时,也给信道估计带来了困难。本文的研究工作主要是围绕时变衰落信道上OFDM系统的信道估计和干扰消除技术展开的,在借鉴前人研究成果的基础上,提出一些新的思路和一些新的算法,并在滤波器组理论框架下对OFDM系统进行了分析。主要的研究成果如下：(1)提出两种适用于近似线性信道(即信道在一个OFDM符号时间内近似线性变化)的OFDM信道和ICI系数估计算法。一种是频域估计方法,另一种是时域估计方法。相比较而言,时域方法需要估计的参数比频域方法的要少,仿真结果表明,当多普勒频移增加时,时域方法具有更好的鲁棒性。(2)对ICI进行了比较详细的分析,推导了Jakes信道模型下ICI功率的上下界,并通过仿真分析了不同信道条件下,ICI的功率、分布特性及对OFDM系统性能的影响。(3)在ICI分析的基础上,对时变信道上的MMSE准则进行了修正,基于修正MMSE准则提出一种并行迭代均衡算法消除ICI。仿真结果表明该算法的性能较普通的PIC算法有明显提高,但收敛速度较慢。(4)提出一种基于LMMSE准则的ICI直接消除算法,该算法对慢速和快速时变信道都适用。文中推导了在时变信道下解的一般形式,以及在Jakes谱瑞利衰落信道上的结果。仿真结果表明这种方法对信道的变化速度有较好的鲁棒性,不足之处是当信道失配时,性能会有比较明显的降低。(5)提出一种基于非最大抽取FIR滤波器组预编码器的盲信道估计和均衡的方法,给出了均衡器的最优解及输出信噪比公式,该方法的最大优点是不受信道零点位置的限制。(6)在多率滤波器组的理论框架下对OFDM系统进行分析,给出OFDM系统在单用户和多用户情况下,基于滤波器组传送多路复用器结构的统一模型。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-21
  1.1 引言  14-15
  1.2 OFDM技术的发展和应用情况  15-16
  1.3 OFDM技术的特点及论文的背景  16-18
  1.4 本文的内容安排  18-19
  参考文献  19-21
第二章 OFDM系统模型  21-34
  2.1 OFDM基本原理  21-25
    2.1.1 调制和解调  22-23
    2.1.2 循环前缀  23
    2.1.3 接收信号模型  23-24
    2.1.4 引导信号  24-25
  2.2 时变信道的参数  25-27
  2.3 存在Doppler扩展的瑞利衰落信道模型  27-32
    2.3.1 WSSUS信道模型  27-29
    2.3.2 时间差相关函数和多普勒功率谱  29-32
  参考文献  32-34
第三章近似线性信道上OFDM系统的信道估计和干扰消除技术  34-61
  3.1 基于引导符号的信道估计算法  35-42
    3.1.1 引导符号方案  36-38
    3.1.2 基于引导符号的信道估计方法  38-42
  3.2 基于梳状引导符号的频域信道估计和ICI消除  42-49
    3.2.1 引导符号结构及ICI系数估计  42-45
    3.2.2 信道均衡和ICI抑制  45-49
      3.2.2.1 简化的ZF均衡  46-47
      3.2.2.2 简化的MMSE均衡  47-49
      3.2.2.3 算法复杂度分析  49
  3.3 结合时域信道估计的ICI消除技术  49-53
    3.3.1 时域信道估计算法原理  49-51
    3.3.2 信道估计和ICI消除  51-53
  3.4 仿真结果和性能分析  53-56
  3.5 本章小结  56
  参考文献  56-61
第四章快速时变信道上的OFDM系统的干扰消除技术  61-90
  4.1 引言  61-62
  4.2 子载波间干扰分析  62-75
    4.2.1 信道时变性产生的ICI  62-64
    4.2.2 ICI分析和计算  64-67
    4.2.3 Jakes信道ICI的上下界  67-68
    4.2.4 ICI与子载波间隔的关系  68-69
    4.2.5 仿真数据及结果分析  69-75
  4.3 常用均衡技术  75-78
    4.3.1 ZF均衡  76
    4.3.2 MMSE均衡  76
    4.3.3 基于并行干扰消除的迭代均衡  76-77
    4.3.4 基于串行干扰消除的迭代均衡  77-78
  4.4 基于修正MMSE的并行迭代均衡算法  78-80
    4.4.1 MMSE均衡算法的修正  78
    4.4.2 基于修正MMSE的并行迭代均衡算法  78-80
  4.5 一种可用于快速时变信道的ICI直接消除技术  80-84
    4.5.1 快速时变信道下解的一般表达式  80-83
    4.5.2 Jakes谱瑞利衰落信道模型下的计算结果  83-84
  4.6 仿真结果和性能分析  84-87
  4.7 本章小结  87-88
  参考文献  88-90
第五章基于二阶统计量的信道盲估计和盲均衡技术  90-111
  5.1 引言  90-91
  5.2 主要的盲均衡技术及分类  91-94
    5.2.1 非盲均衡的缺点  91-92
    5.2.2 盲均衡技术的分类  92-94
  5.3 基于二阶统计量的信道盲估计  94-102
    5.3.1 循环平稳信号  95-96
    5.3.2 基于SCD的信道估计  96-99
      5.3.2.1 系统模型  96-97
      5.3.2.2 信道估计原理  97-99
    5.3.3 谱估计过程及仿真实例  99-102
  5.4 用子空间分解法实现盲信道估计  102-105
    5.4.1 子空间分解  102-105
    5.4.2 信道系数估计及仿真结果  105
  5.5 本章小结  105-106
  参考文献  106-111
第六章基于滤波器组预编码器的联合均衡及滤波器组理论框架下的OFDM系统  111-132
  6.1 抽样率转换  112-116
    6.1.1 抽取  112-114
    6.1.2 零值内插  114
    6.1.3 分数抽样率转换  114-116
  6.2 滤波器组的基本概念  116-118
    6.2.1 分析和综合滤波器组的基本定义  116-117
    6.2.2 FIR滤波器组的多相表示  117-118
  6.3 用冗余滤波器组构成的传送复用器结构实现MMSE信道盲均衡  118-125
    6.3.1 冗余滤波器组  118-119
    6.3.2 改进的信道估计算法  119-121
    6.3.3 使用MMSE准则设计FIR均衡器  121-122
    6.3.4 仿真结果及性能比较  122-125
  6.4 基于传送多路复用器结构的OFDM系统模型  125-129
    6.4.1 传送多路复用器的一般模型  125-126
    6.4.2 传送多路复用器结构框架下的OFDM系统  126-128
    6.4.3 几种系统性能比较  128-129
  6.5 本章小结  129
  参考文献  129-132
第七章总结与展望  132-134
  7.1 论文工作及创新成果总结  132-133
  7.2 今后工作展望  133-134
致谢  134-135
读博士期间以第一作者完成的学术论文  135

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