宽带移动通信系统中的关键技术研究

论文摘要

随着无线多媒体业务和Internet业务的迅速增长,过去几年里,无线通信经历了从窄带到宽带、从低速到高速的演变。包括正交频分复用（OFDM）和单载波循环前缀（SCCP）在内的块传输技术是宽带无线通信中的重要传输技术之一。然而,在移动应用环境中,此类传输技术对信道的时变非常敏感,信道的时变会破坏系统中子信道之间的正交性,严重恶化系统的性能。论文对宽带无线传输技术中的时变信道估计与均衡做了深入研究,主要工作和创新如下:1.分别研究了时变OFDM系统中的频域导频和时域导频信道估计。针对近期提出的基于符号平均的频域导频信道估计算法,我们首先通过分析指出了其在参数选取和估计性能上的局限性;其次,在时变信道的通用基扩展模型基础之上,对其进行了改进,改进后的算法不仅提高了信道估计的性能,而且更具一般性。针对时域导频信道估计,借助于导频符号辅助调制的思想并基于时变信道的Karhunen-Loeve扩展,首先给出了一种适用于OFDM的信道估计方案,然后从理论上证明了该方案具有与低秩Wiener内插信道估计等同的性能。2.针对移动MIMO-OFDM系统中的信道时变,提出了一种改进的EM迭代信道跟踪方案。改进方案中,利用判决输出重构ICI并进行线性抵消,有效降低了ICI对EM信道估计的影响;此外,基于时变信道的复指数过采样基扩展模型,设计一种改进的时变信道预测器,从而提高了迭代估计器的初始信道估计精度。3.针对子带OFDMA系统中的时频双选择性信道估计问题,通过定义频域等效BEM模型并从该模型出发,分别针对单天线系统和多天线系统推导了符合期望最大化（EM）算法框架的信号模型,进而提出了两种基于EM算法的迭代信道跟踪方案。同传统线性插值算法相比,本文算法对信道的时频双选择性衰落更具稳健性,而且,本文算法能根据不同用户的通过率要求,灵活调整子带的大小。4.针对SCCP系统中的时变信道估计与均衡问题,提出了一种双迭代接收机结构,该接收机包含一个迭代软干扰抵消最小均方误差均衡器和一个EM辅助的迭代信道估计器。时域联合检测方式是本文迭代均衡算法区别于现有迭代均衡算法的显著特点,鉴于这个特点,本文算法可利用时域信道响应的有限支撑来降低实现复杂度,同时,联合检测方式能避免单符号均衡算法受制于信道矩阵条件数的局限。此外,为了得到可靠的信道估值,本文联合利用多传输块上的判决符号和EM算法进行迭代信道估计,同时巧妙地采用了CP符号初始化迭代算法,从而在提高信道估计性能的前提下有效降低了导频开销。5.针对OFDM系统中信道时变引起的ICI,提出了一种双迭代ICI均衡方案,该方案包括两个串行工作的迭代均衡器,通过对信道频域响应（CFR）矩阵进行带状近似与分割,串行均衡器的第一级迭代算法负责带外ICI的线性抵消,第二级迭代算法负责带内ICI的抑制,这种工作方式不仅有效抑制了ICI,而且降低了算法复杂度;此外,算法中带状CFR矩阵的带内外带宽均可灵活调整,因此可实现复杂度与性能之间的良好折中;分析显示,本文ICI均衡算法具有一般性,现有很多算法均可视为本文算法的特例。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语
• 数学符号汇总
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信的发展现状
• 1.2 宽带无线传输技术
• 1.2.1 块传输频域均衡技术
• 1.2.2 多天线技术
• 1.2.3 多址接入技术
• 1.3 宽带无线通信系统中的时变信道估计与均衡概述
• 1.3.1 时变信道均衡
• 1.3.2 时变信道估计
• 1.4 本文主要工作及章节安排
• 1.4.1 论文主要工作
• 1.4.2 论文内容安排
• 本章参考文献
• 第二章 宽带无线传输信道
• 2.1 时频双选择性信道的抽头延时线模型
• 2.2 时变信道的基扩展模型
• 2.2.1 复指数BEM
• 2.2.2 多项式BEM
• 2.2.3 KL-BEM
• 2.2.4 离散余弦变换BEM
• 2.2.5 离散椭球序列BEM
• 2.2.6 BEM 性能比较
• 2.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 基于导频的OFDM 时变信道估计
• 3.1 基于频域导频的OFDM 时变信道估计
• 3.1.1 系统模型
• 3.1.2 基于符号平均CIR 的时变信道估计
• 3.1.3 基于符号平均CIR 信道估计的改进
• 3.1.4 仿真分析
• 3.2 基于时域导频的OFDM 时变信道估计
• 3.2.1 估计方案
• 3.2.2 性能分析
• 3.2.3 仿真分析
• 3.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 基于EM 算法的OFDM（A）时频双选信道跟踪
• 4.1 MIMO-OFDM 系统中一种改进的EM 时变信道跟踪
• 4.1.1 系统模型与EM 信道估计
• 4.1.2 改进的EM 信道估计
• 4.1.2.1 ICI 线性抵消
• 4.1.2.2 时变信道预测
• 4.1.3 仿真分析
• 4.2 OFDMA 系统中两种新的EM 双选信道估计
• 4.2.1 系统模型
• 4.2.2 单天线情况
• 4.2.3 多天线情况
• 4.2.4 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 附录A 公式（4-46）-（4-48）的推导
• 附录B 公式（4-61）-（4-63）的推导
• 本章参考文献
• 第五章 SCCP/OFDM 系统中的双迭代接收机
• 5.1 SCCP 系统中的双迭代信道估计与均衡
• 5.1.1 系统模型
• 5.1.2 迭代信道估计与均衡
• 5.1.2.1 迭代信道均衡
• 5.1.2.2 信道估计
• 5.1.2.3 接收机结构
• 5.1.2.4 复杂度分析
• 5.1.3 仿真分析
• 5.2 OFDM 系统中的双迭代ICI 抑制算法
• 5.2.1 系统模型
• 5.2.2 算法推导
• 5.2.2.1 第一级迭代
• 5.2.2.2 第二级迭代
• 5.2.3 复杂度分析和算法讨论
• 5.2.4 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文