OFDM無線寬帶移動通信系統(tǒng)中信道估計與均衡技術(shù)研究.pdf

1、在諸多的寬帶無線通信技術(shù)中,Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)無疑是最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一.在信道的衰落特性中,對寬帶無線移動業(yè)務(wù)影響最大的是多徑衰落和多普勒頻移.而OFDM不但可以通過插入循環(huán)前綴(CP)的方法,有效地抑止多徑帶來的符號間干擾,還可以通過對信道時變特性的合理估計,靈活地設(shè)計系統(tǒng)的符號長度,減輕信道時變特性對系統(tǒng)性能的影響.由于OFDM的這些技術(shù)特點(diǎn),避免

2、了在接收機(jī)中采用復(fù)雜的時域均衡器和白適應(yīng)跟蹤算法.并且,通過使用快速傅立葉變換(FFT),可以保證在相對簡單的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)下,提供可靠、穩(wěn)定的通信質(zhì)量.正是因為這些優(yōu)勢,OFDM技術(shù)已經(jīng)被各種無線通信標(biāo)準(zhǔn)所廣泛采用.雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以消除符號間干擾,OFDM系統(tǒng)仍然需要精確的信道信息來進(jìn)行信道均衡,從而完全補(bǔ)償多徑衰落.OFDM的信道估計和均衡技術(shù)對整個系統(tǒng)的性能具有決定性的影響.本文將討論OFDM系統(tǒng)在無線寬帶移動通信環(huán)境下的信道估計和

3、信道均衡技術(shù),緊密結(jié)合OFDM技術(shù)的最新發(fā)展動向,研究各種OFDM系統(tǒng)中的各種信道估計及均衡技術(shù). 首先,本文對經(jīng)典的各種基于頻域?qū)ьl的信道估計和頻域均衡技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié).我們將基于頻域?qū)ьl的信道估計算法分為頻域估計算法和時域估計算法兩類,對它們各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺陷進(jìn)行了分析和比較.同時,對OFDM信道估計中可能利用到的各種內(nèi)插算法和信道跟蹤算法進(jìn)行了歸納總結(jié).基于時域訓(xùn)練序列的OFDM信道估計技術(shù)近年來得到了廣泛的關(guān)注.在

4、本文中,首先對現(xiàn)有的各種時域訓(xùn)練序列的設(shè)計和相應(yīng)的信道估計算法進(jìn)行了總結(jié)歸納,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于LMS自適應(yīng)跟蹤算法的信道估計方法,同其它基于時域訓(xùn)練序列的信道估計方法比較,這種方法具有更高的估計精度；并且,通過對時域訓(xùn)練序列進(jìn)行特殊的設(shè)計,這種方法可以有效地提高系統(tǒng)頻譜利用效率. OFDM最大的優(yōu)勢之一就是可以進(jìn)行簡單的頻域均衡.由于引入了循環(huán)前綴,在接收端可以通過簡單的除法實現(xiàn)信道均衡.為了能對接收信號進(jìn)行有效均衡,

5、在大多數(shù)實際OFDM系統(tǒng)中,都假設(shè)循環(huán)前綴的長度大于信道沖擊響應(yīng)的長度.然而,當(dāng)信道沖擊響應(yīng)的長度大于循環(huán)前綴長度時,傳統(tǒng)的OFDM頻域均衡算法不能對信道進(jìn)行有效均衡.為了解決這一問題,本文將提出兩種分別基于頻域?qū)ьl和時域訓(xùn)練序列的OFDM信道估計和均衡算法.這兩種算法都可以在超長信道環(huán)境下(信道沖擊響應(yīng)長度大于循環(huán)前綴)提供良好的系統(tǒng)均衡性能,從而在一定程度上降低OFDM系統(tǒng)對循環(huán)前綴的依賴性,在適當(dāng)增加接收機(jī)復(fù)雜度的前提下,提高系統(tǒng)

6、的頻譜利用率.在移動通信環(huán)境中,多普勒頻移將造成信道的快速衰落.當(dāng)移動速度很快時,OFDM信號的子載波間干擾(ICI)就會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能.在大多數(shù)實際應(yīng)用中,OFDM均衡技術(shù)無法有效對抗ICI產(chǎn)生的影響.隨著OFDM接收機(jī)移動速度加快,如何消除由于信道時變所帶來的子載波間干擾就變得十分有意義.本文在對現(xiàn)有ICI消除技術(shù)分析的基礎(chǔ)上,提出了一種基于并行判決反饋的ICI消除技術(shù),可以有效地提高OFDM系統(tǒng)在快速移動環(huán)境下的接收性能.但是

7、,這種并行IcI消除技術(shù)需要進(jìn)行矩陣求逆運(yùn)算,具有較大的計算復(fù)雜度,本文在并行IcI消除技術(shù)的基礎(chǔ)上,繼續(xù)提出了一種不需要矩陣求逆、結(jié)構(gòu)簡單的串行ICI干擾消除技術(shù),在保持相同ICI消除性能的基礎(chǔ)上,可以大大地降低實現(xiàn)復(fù)雜度. 近年來,以MIMO(多天線發(fā)射多天線接收)為代表的多天線技術(shù)成為研究的熱點(diǎn).MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)相結(jié)合(MIMO-OFDM),已經(jīng)被認(rèn)為是下一代寬帶無線通信的典型技術(shù)之一.在本文中,首先歸納了MIM

8、O-OFDM系統(tǒng)中各種導(dǎo)頻的正交化設(shè)計方案.現(xiàn)有的大多數(shù)基于正交導(dǎo)頻的MIMo_OFDM信道估計算法都是在頻域中進(jìn)行的,本文中提出了兩種時域信道估計算法FPTA(Frequency domain pilot time domain average)和FPTC(Frequency domain pilottime(tomain correlation)在MIMO-OFDM中的應(yīng)用,這兩種時域信道估計算法具有同頻域算法相同的信道估計性能,卻