本文關(guān)鍵詞：多載波通信系統(tǒng)中基于基擴(kuò)展模型的雙選信道估計(jì)和檢測(cè)技術(shù)　出處：《電子科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：多載波正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系統(tǒng)由于其高頻譜利用率而成為當(dāng)今和未來(lái)的主流無(wú)線傳輸技術(shù)。在OFDM系統(tǒng)中,準(zhǔn)確信道狀態(tài)信息的獲取對(duì)于數(shù)據(jù)檢測(cè)至關(guān)重要。高移動(dòng)性環(huán)境是未來(lái)無(wú)線通信應(yīng)用的重要方向之一,在由高速移動(dòng)所產(chǎn)生的雙選信道下,直接估計(jì)時(shí)域沖激響應(yīng)所需的待估參數(shù)過(guò)多,信道估計(jì)變得非常困難。基擴(kuò)展模型(Basis Expansion Model,BEM)由于可以在變換域?qū)π诺纻鬏斕匦赃M(jìn)行等效描述,能有效縮減待估信道系數(shù)的維度,從而引起了廣泛的重視和研究。首先,本文針對(duì)單入單出正交頻分復(fù)用(Single-Input Single-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing,SISO-OFDM)系統(tǒng),研究了雙選信道條件下的信道估計(jì)問(wèn)題。本文詳細(xì)推導(dǎo)了時(shí)域高階維納濾波(Wiener Filter,WF)插值和線性內(nèi)插之間的漸進(jìn)關(guān)系,根據(jù)無(wú)線信道衰落特性的相關(guān)性及貝塞爾函數(shù)的近似性質(zhì),提出了低復(fù)雜度的三階維納濾波實(shí)現(xiàn)方法,通過(guò)理論分析和數(shù)值仿真,驗(yàn)證了算法的有效性。本文在雙選信道條件下,基于基擴(kuò)展模型,理論分析并推導(dǎo)出時(shí)域維納濾波的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,由于該模型能較好的描述雙選信道所帶來(lái)的子載波間干擾(Inter-Carrier Interference,ICI),從而在高速移動(dòng)環(huán)境中能取得更好的系統(tǒng)性能。其次,本文針對(duì)集中式多入多出正交頻分復(fù)用(Multiple-Input Multiple-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO-OFDM)系統(tǒng),研究了基于基擴(kuò)展模型的雙選信道下聯(lián)合信道估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè)問(wèn)題。提出一種允許背景噪聲方差未知的基于期望最大化(Expectation Maximization,EM)的多天線信道參數(shù)估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè)聯(lián)合迭代更新的近最大似然(Maximum Likelihood,ML)算法,理論分析和仿真證明,該算法性能接近最大似然的理論下限。為降低該算法復(fù)雜度,本文將接收信號(hào)表示成每根發(fā)送天線信號(hào)的疊加向量形式,提出各天線獨(dú)立更新信道和數(shù)據(jù)信息的次優(yōu)迭代算法。仿真結(jié)果表明,該方法相對(duì)于信道參數(shù)和數(shù)據(jù)的聯(lián)合迭代更新技術(shù),在性能和計(jì)算復(fù)雜度之間可以取得更好的折衷。再次,本文針對(duì)分布式MIMO-OFDM系統(tǒng),研究了雙選信道下,利用基擴(kuò)展模型的聯(lián)合信道估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè)問(wèn)題。除了未知的背景噪聲方差外,本文還進(jìn)一步綜合考慮了接收端可能存在的干擾和相位噪聲。利用經(jīng)驗(yàn)的先驗(yàn)信息,在基擴(kuò)展模型下基于最大后驗(yàn)準(zhǔn)則(Maximum a Posterior Probability,MAP),提出了利用變分貝葉斯推理(Variational Bayesian Inference,VBI)的聯(lián)合信道參數(shù)估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè),理論分析和數(shù)字仿真結(jié)果驗(yàn)證該算法接近理想情況下假設(shè)理想信道狀態(tài)信息,無(wú)相位噪聲及已知干擾和加性高斯白噪聲時(shí)的接收機(jī)誤碼性能。最后,針對(duì)非對(duì)稱雙選信道,本文還研究了基于OFDM的協(xié)作式雙向中繼網(wǎng)絡(luò)(Two-Way Relay Network,TWRN)系統(tǒng)中的聯(lián)合信道估計(jì)和數(shù)據(jù)檢測(cè)問(wèn)題。本文在背景噪聲方差確定的條件下,利用最小均方誤差(Minimum Mean Square Error,MMSE)準(zhǔn)則優(yōu)化了初始估計(jì)的準(zhǔn)確度,并利用信道參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)先驗(yàn)信息,基于變分貝葉斯推理得到了近最大后驗(yàn)的檢測(cè)算法,理論分析和數(shù)字仿真結(jié)果驗(yàn)證該算法接近理想情況下假設(shè)理想信道狀態(tài)信息的接收機(jī)誤碼性能。綜上所述,本文在以基擴(kuò)展模型為代表的雙選信道下,針對(duì)基于多載波的各類典型通信系統(tǒng),利用貝葉斯理論深入研究了各類信道估計(jì)算法,探討了先驗(yàn)信息是否能夠獲取及其在估計(jì)和檢測(cè)算法中的應(yīng)用,并在具備未知背景噪聲,干擾和相位噪聲等復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行了充分驗(yàn)證。
[Abstract]:Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( OFDM ) system has become the mainstream wireless transmission technology in today ' s and future due to its high spectrum utilization . In OFDM systems , accurate channel state information acquisition is very important for data detection . In order to reduce the complexity of this algorithm , this paper presents a method of joint channel estimation and data detection in two - Way Relay Network ( TWRN ) system .

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN913.6
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本文編號(hào)：1427704