高速移動環(huán)境下信道估計及0FDM信號檢測研究.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)。隨著人們對通信質(zhì)量的要求越來越高，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，還要求在高速移動環(huán)境下表現(xiàn)出良好的特性。針對目前OFDM系統(tǒng)在高速移動環(huán)境下解調(diào)性能低且不能滿足實際應(yīng)用需求的問題，本文對高速移動環(huán)境下解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，主要涉及到最大多普勒頻移估計、信道估計及OFDM信號檢測，具體研究成果如下：
　　1、針對傳統(tǒng)最大多普勒頻

2、移估計方法在高速移動環(huán)境下估計精度低的問題，提出了一種基于電平交叉率的最大多普勒頻移的估計方法，該方法通過引入循環(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)確估計出信號的最大多普勒頻移，仿真結(jié)果驗證了所提算法具有多普勒頻移估計誤差低、普適性好的特點。
　　2、針對傳統(tǒng)信道估計方法在時變信道下估計性能差的問題，提出了兩種信道估計方法。首先在多項式信道模型下提出一種有效的信道估計方法，即在前導(dǎo)序列及導(dǎo)頻

3、的輔助下構(gòu)造兩類二階多項式模型，由于第二類二階多項式的估計周期要短于普遍二階多項式的估計周期，而且信道信息主要是通過第二類二階多項式來獲取，因此該方法要優(yōu)于現(xiàn)有的基于多項式的信道估計方法，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誤差。其次在基擴展模型下提出基于整體最小二乘的聯(lián)合信道估計及OFDM信號檢測算法，該算法首先通過導(dǎo)頻估計初始的信道信息，在此基礎(chǔ)上不斷地采用整體最小二乘進行OFDM信號檢測及信道估計，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)的信道估計克拉美羅界及仿真結(jié)果均表明所提的算法估計性能優(yōu)于現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計及OFDM信號檢測算法。
　　3、現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計及OFDM信號檢測算法能夠有效提高信道估計的性能。然而，當(dāng)信道具有快時變特性，特別是當(dāng)歸一化多普勒頻移達(dá)到0.8時，由于基擴展模型誤差比較大，其對信道估計性能產(chǎn)生較大的影響，如果在信道估計時忽略這一誤差，信道

5、估計的性能將會比較差。為了解決這個問題，提出了一種新的聯(lián)合信道估計與OFDM信號檢測算法，該算法先將信道估計與OFDM信號檢測重構(gòu)成一個實的非線性最小二乘（NLS）問題，然后采用修正的BFGS算法來求解這個NLS問題，從而獲得較為準(zhǔn)確的信道信息。計算機仿真表明所提的算法具有更高的信道估計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。然后針對現(xiàn)有均衡器在傳統(tǒng)近似帶狀信道矩陣架構(gòu)下檢測性能差的問題，提出了一種新的近似帶狀信道矩陣架構(gòu)。該架構(gòu)在分塊進行OFDM信號檢測時全面考慮了近似帶狀信道矩陣上的ICI分量。最后，將Panayirci等人提出的檢測方法在每個子塊下對OFDM信號進行檢測。仿真結(jié)果表明，雖然損耗多一點計算復(fù)雜度，但是檢測方法在這種新型結(jié)構(gòu)下的檢測性能要優(yōu)于在傳統(tǒng)近似帶狀信道結(jié)構(gòu)下的檢測性能。
　　5、針對BPSK-OFDM

7、系統(tǒng)下現(xiàn)有信號檢測算法性能差的問題，提出一種新的信號檢測算法，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)則的代價函數(shù)之內(nèi)，因此殘留虛部分量對信號檢測的影響可以被消除。為了進一步提高檢測的性能，連續(xù)檢測技術(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環(huán)境信道所帶來的時間分集增益。計算復(fù)雜度