本文關(guān)鍵詞：高速移動(dòng)環(huán)境下信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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(duì)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(dòng)環(huán)境下表現(xiàn)出良好的特性。針對(duì)目前OFDM系統(tǒng)在高速移動(dòng)環(huán)境下解調(diào)性能低且不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求的問題,本文對(duì)高速移動(dòng)環(huán)境下解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要涉及到最大多普勒頻移估計(jì)、信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測,具體研究成果如下：1、針對(duì)傳統(tǒng)最大多普勒頻移估計(jì)方法在高速移動(dòng)環(huán)境下估計(jì)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(jì)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(jì)出信號(hào)的最大多普勒頻移,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提算法具有多普勒頻移估計(jì)誤差低、普適性好的特點(diǎn)。2、針對(duì)傳統(tǒng)信道估計(jì)方法在時(shí)變信道下估計(jì)性能差的問題,提出了兩種信道估計(jì)方法。首先在多項(xiàng)式信道模型下提出一種有效的信道估計(jì)方法,即在前導(dǎo)序列及導(dǎo)頻的輔助下構(gòu)造兩類二階多項(xiàng)式模型,由于第二類二階多項(xiàng)式的估計(jì)周期要短于普遍二階多項(xiàng)式的估計(jì)周期,而且信道信息主要是通過第二類二階多項(xiàng)式來獲取,因此該方法要優(yōu)于現(xiàn)有的基于多項(xiàng)式的信道估計(jì)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(jì)誤差。其次在基擴(kuò)展模型下提出基于整體最小二乘的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測算法,該算法首先通過導(dǎo)頻估計(jì)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(jìn)行OFDM信號(hào)檢測及信道估計(jì),有效緩解迭代模型誤差的影響,加快了算法迭代的收斂速度,提高了信道估計(jì)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(jì)克拉美羅界及仿真結(jié)果均表明所提的算法估計(jì)性能優(yōu)于現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測算法。3、現(xiàn)有的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測算法能夠有效提高信道估計(jì)的性能。然而,當(dāng)信道具有快時(shí)變特性,特別是當(dāng)歸一化多普勒頻移達(dá)到0.8時(shí),由于基擴(kuò)展模型誤差比較大,其對(duì)信道估計(jì)性能產(chǎn)生較大的影響,如果在信道估計(jì)時(shí)忽略這一誤差,信道估計(jì)的性能將會(huì)比較差。為了解決這個(gè)問題,提出了一種新的聯(lián)合信道估計(jì)與OFDM信號(hào)檢測算法,該算法先將信道估計(jì)與OFDM信號(hào)檢測重構(gòu)成一個(gè)實(shí)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(gè)NLS問題,從而獲得較為準(zhǔn)確的信道信息。計(jì)算機(jī)仿真表明所提的算法具有更高的信道估計(jì)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與歸一化多普勒頻移的關(guān)系。然后針對(duì)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(jìn)行OFDM信號(hào)檢測時(shí)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(gè)子塊下對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行檢測。仿真結(jié)果表明,雖然損耗多一點(diǎn)計(jì)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(duì)BPSK-OFDM系統(tǒng)下現(xiàn)有信號(hào)檢測算法性能差的問題,提出一種新的信號(hào)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(jià)函數(shù)之內(nèi),因此殘留虛部分量對(duì)信號(hào)檢測的影響可以被消除。為了進(jìn)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(dòng)環(huán)境信道所帶來的時(shí)間分集增益。計(jì)算復(fù)雜度分析及計(jì)算機(jī)仿真均表明所提的算法相對(duì)現(xiàn)存的OFDM信號(hào)檢測算法具有較低計(jì)算復(fù)雜度及較高檢測性能的特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：正交頻分復(fù)用 高速移動(dòng)環(huán)境 最大多普勒頻移 信道估計(jì) 信號(hào)檢測
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.53;TN911.23
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 符號(hào)對(duì)照表13-15
• 縮略語對(duì)照表15-20
• 第一章 緒論20-32
• 1.1 研究背景和意義20-21
• 1.2 論文解決的關(guān)鍵問題21-23
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-29
• 1.3.1 最大多普勒頻移估計(jì)23
• 1.3.2 信道估計(jì)23-28
• 1.3.3 OFDM信號(hào)檢測28-29
• 1.4 論文研究內(nèi)容和主要工作29-32
• 第二章 高速移動(dòng)環(huán)境下最大多普勒頻移的估計(jì)32-42
• 2.1 引言32
• 2.2 多普勒功率譜分析32-34
• 2.3 基于電平交叉率傳統(tǒng)的最大多普勒頻移估計(jì)方法34-36
• 2.3.1 電平交叉率34-35
• 2.3.2 存在問題35-36
• 2.4 基于電平交叉率改進(jìn)的最大多普勒頻移估計(jì)方法36-38
• 2.5 仿真與分析38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 第三章 時(shí)變信道下的信道估計(jì)方法42-66
• 3.1 引言42-44
• 3.2 系統(tǒng)模型44-46
• 3.3 在多項(xiàng)式信道模型下一種有效的信道估計(jì)方法46-56
• 3.3.1 信道估計(jì)方法46-51
• 3.3.2 模型誤差分析51-54
• 3.3.3 算法復(fù)雜度分析54-55
• 3.3.4 仿真結(jié)果分析55-56
• 3.4 在基擴(kuò)展模型下基于整體最小二乘的聯(lián)合信道估計(jì)及OFDM信號(hào)檢測算法56-65
• 3.4.1 聯(lián)合迭代算法57-60
• 3.4.2 算法復(fù)雜度分析60-61
• 3.4.3 信道估計(jì)的克拉美羅界61-62
• 3.4.4 仿真結(jié)果分析62-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第四章 快時(shí)變信道下的信道估計(jì)方法66-80
• 4.1 引言66-67
• 4.2 系統(tǒng)模型67-70
• 4.2.1 OFDM系統(tǒng)模型67-68
• 4.2.2 基擴(kuò)展模型68
• 4.2.3 基于基擴(kuò)展模型的OFDM系統(tǒng)模型68-70
• 4.3 提出的算法70-74
• 4.3.1 構(gòu)造一個(gè)實(shí)的NLS問題70-71
• 4.3.2 求解實(shí)的NLS問題71-72
• 4.3.3 計(jì)算復(fù)雜度分析72-74
• 4.4 仿真結(jié)果分析74-78
• 4.5 本章小結(jié)78-80
• 第五章 高速移動(dòng)信道下的分塊均衡器80-96
• 5.1 引言80-81
• 5.2 系統(tǒng)模型81-83
• 5.3 近似帶狀信道分析83-85
• 5.4 一種新的近似帶狀信道架構(gòu)85-91
• 5.4.1 傳統(tǒng)的近似帶狀信道架構(gòu)85
• 5.4.2 所提的近似帶狀信道架構(gòu)85-91
• 5.4.3 計(jì)算復(fù)雜度分析91
• 5.5 仿真結(jié)果分析91-94
• 5.5.1 場景191-92
• 5.5.2 場景292-94
• 5.5.3 場景394
• 5.6 本章小結(jié)94-96
• 第六章 高速移動(dòng)信道下的有效信號(hào)檢測方法96-106
• 6.1 引言96-97
• 6.2 信道模型97
• 6.3 BPSK-OFDM系統(tǒng)下OFDM信號(hào)檢測97-102
• 6.3.1 BPSK-OFDM系統(tǒng)下提出的M-MMSE均衡器98-101
• 6.3.2 BPSK-OFDM系統(tǒng)下提出的M-MMSE-SD均衡器101
• 6.3.3 計(jì)算復(fù)雜度分析101-102
• 6.4 仿真結(jié)果分析102-103
• 6.5 本章小結(jié)103-106
• 第七章 結(jié)論和展望106-110
• 7.1 研究結(jié)論106-107
• 7.2 研究展望107-110
• 參考文獻(xiàn)110-118
• 致謝118-120
• 作者簡介120-121

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