寬帶無線OFDM系統(tǒng)中ICI抑制技術(shù)研究.pdf

1、OFDM技術(shù)是無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、第四代移動通信等寬帶無線系統(tǒng)物理層的核心技術(shù)之一；同時，OFDM還與新興的協(xié)同通信、認(rèn)知無線電等技術(shù)結(jié)合緊密，是未來通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一。但OFDM系統(tǒng)對子載波間干擾(ICI)很敏感，ICI會破壞子載波之間的正交性，導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化；尤其在實際寬帶無線OFDM系統(tǒng)中，射頻部件的模擬缺陷、基帶處理的不完美和無線信道環(huán)境的復(fù)雜多變，都會引起ICI。
　　 論文圍繞寬帶無線OFDM系統(tǒng)中的ICI

2、問題展開，深入研究了寬帶無線OFDM系統(tǒng)物理層中的ICI抑制技術(shù)，包括相位噪聲(PHN)抑制、時變信道的ICI均衡等，并提出了一些有效的、實用的改進(jìn)方法，主要的研究內(nèi)容如下：
　　 第一，從無線通信系統(tǒng)物理層的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，較全面地分析OFDM系統(tǒng)中產(chǎn)生ICI的原因，將無線OFDM系統(tǒng)中ICI的來源歸結(jié)為數(shù)字信號處理算法的殘余誤差、模擬前端的非理想特性、無線信道的時變性等三個方面，并逐一分析其對OFDM系統(tǒng)的影響。
　　

3、 第二，針對存在PHN的突發(fā)OFDM傳輸系統(tǒng)中前導(dǎo)訓(xùn)練階段的頻偏、信道估計與PHN抑制問題，基于最大似然的思想，提出了基于訓(xùn)練符號的頻域聯(lián)合估計算法。所提算法由兩個步驟來實現(xiàn)，第一步利用前導(dǎo)中兩個重復(fù)的訓(xùn)練符號，在頻域完成細(xì)頻偏估計；第二步進(jìn)行信道與PHN的頻域估計。在第一步中，先在已知PHN的協(xié)方差先驗信息的情況下，推導(dǎo)了頻域的頻偏估計算法，該算法的頻偏估計結(jié)果不受PHN和信道的影響，精度較高；再假設(shè)未知PHN先驗信息，該算法簡化為經(jīng)

4、典的Moose算法。仿真結(jié)果表明，在PHN較小時，簡化對性能的影響較小。在第二步中，通過構(gòu)建等式約束的二次規(guī)劃問題，并利用拉格朗日乘子法求解，從而獲得信道和PHN的頻域估計；并通過利用PHN的低通特性減少了待估參數(shù)維數(shù)，從而避免進(jìn)行計算量較大的大矩陣求逆運(yùn)算，降低了復(fù)雜度。與以前的算法相比，所提算法的優(yōu)勢在于：無需實際系統(tǒng)中難以獲得的PHN協(xié)方差先驗信息；而且估計過程在頻域完成，能夠利用PHN和信道的頻域向量的特點(diǎn)，因此無需信道長度信息

5、，并可利用PHN的低通特性進(jìn)行化簡。
　　 第三，針對存在PHN的突發(fā)OFDM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸階段的數(shù)據(jù)符號檢測與PHN抑制問題，提出了基于公共相位誤差(CPE)插值的聯(lián)合估計算法。該算法利用PHN的緩變特性，在相鄰符號的CPE估計值之間插值，將插值結(jié)果作為PHN估計值用于均衡，從而在一定程度上抑制了PHN引起的ICI，有效的克服了傳統(tǒng)CPE校正算法中因忽略ICI影響而導(dǎo)致的PHN抑制效果不佳的問題。為了進(jìn)一步提高PHN的抑制效果

6、和數(shù)據(jù)符號的檢測性能，采用了基于判決反饋的迭代均衡：先將CPE插值結(jié)果作為迭代過程的PHN初始值，再利用PHN估計結(jié)果消除已知導(dǎo)頻子載波對數(shù)據(jù)子載波的影響，接著求解最小二乘問題，然后進(jìn)行頻域迫零均衡，得到數(shù)據(jù)符號的估計，并利用判決的數(shù)據(jù)符號反饋開始迭代，從而最終獲得PHN和數(shù)據(jù)符號的聯(lián)合估計。復(fù)雜度分析和仿真結(jié)果表明，在相同迭代次數(shù)時，所提迭代算法的復(fù)雜度遠(yuǎn)小于迭代雙最小二乘經(jīng)典算法，同時前者性能要優(yōu)于后者；在不進(jìn)行迭代時，所提算法性能

7、優(yōu)于傳統(tǒng)的CPE估計算法，在相位噪聲較嚴(yán)重時，優(yōu)勢尤為明顯。
　　 第四，針對放大前傳(AF)協(xié)同OFDM通信系統(tǒng)中同時存在頻偏和PHN的情況，提出了存在頻偏和PHN的AF協(xié)同OFDM系統(tǒng)模型及接收機(jī)算法。利用近似等價的信號模型，詳細(xì)設(shè)計了目的節(jié)點(diǎn)內(nèi)接收機(jī)的同步和信道估計方案；針對數(shù)據(jù)傳輸階段的PHN抑制和數(shù)據(jù)恢復(fù)問題，提出了一種基于判決反饋的PHN估計與譯碼聯(lián)合算法，該算法性能明顯優(yōu)于沒有進(jìn)行PHN抑制的方法。仿真結(jié)果表明，所

8、提方案和算法能夠有效改善存在頻偏和PHN的AF協(xié)同OFDM系統(tǒng)的性能。此外，所提的接收機(jī)結(jié)構(gòu)和算法還可以擴(kuò)展到多個中繼節(jié)點(diǎn)的情況。
　　 最后，針對時變衰落信道下ICI抑制問題和傳統(tǒng)V-BLAST均衡算法復(fù)雜度過高的問題，提出了一種低復(fù)雜度的、適用于時變信道ICI均衡的SAGE-OSIC算法。該算法基于空間交替廣義期望最大化(SAGE)算法和排序串行干擾抵消(OSIC)思想，迭代過程由求期望和求最大化兩部分組成，并結(jié)合SINR排