广义时变衰落信道下OFDM系统均衡算法研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)技术是多载波传输方案中的一种有效传输方式,由于其具有良好的抗多径干扰能力和较高的频带利用率,已经成为近年来研究的热点之一,被认为是第四代移动通信的核心技术。然而,未来的无线通信系统将工作在高载频、高容量、高移动速度的条件下,信道具有时间和频率双选择性,即广义时变信道。此时,OFDM系统存在较高的载波频率偏移以及由无线通信系统的发射端和接收端的相对运动引起的多普勒频移,OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏,造成严重的子载波间干扰(ICI),导致系统性能的大幅下降。信道均衡技术正是解决这一问题的有效手段,本文对OFDM系统中消除ICI的信道均衡技术进行了深入的研究。本文首先讨论了移动通信系统的信道特性以及信道模型,并详细描述了OFDM系统的基本原理和特点。随后,本文对OFDM系统在广义时变信道下ICI的生成机制进行了具体分析,并在此基础上研究和分析了ICI自消方法.针对传统ICI自消方法频带利用率过低的缺陷,通过改变预编码矩阵的结构,提出频带利用率较高的改进方法,并提出串行补偿的改进均衡算法来获得更好的均衡效果。然后,本文重点研究了广义时变信道下OFDM系统的最小均方误差(MMSE)均衡算法。MMSE均衡算法采用统计量代替每一个信号各自的方差,在对多进制调制信号进行均衡时存在一定的误差,而且随着调制进制数的增加,误差逐渐增大。本文提出二次MMSE均衡算法,在第一次均衡后利用均衡结果对每个信号的方差进行独立估计,在此基础上进行二次均衡,这一改进算法获得很大的性能增益。接着,本文结合广义时变信道传输矩阵的特点以及ICI生成机制,采用了迭代的思想并忽略信道矩阵中影响较小的元素对二次MMSE均衡算法进行改进,得到复杂度较低的简化算法。最后,本文研究了频域Turbo均衡算法在OFDM系统中的应用。将上述的迭代方法结合忽略信道矩阵中影响较小元素的思想应用于Turbo均衡算法中,解决了普通的Turbo算法中计算量过大的问题。理论分析和仿真实验表明,本文所提出的上述均衡方法能有效的抑制ICI,使OFDM系统的误码率得到显著降低,并且具有较低的计算复杂度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 OFDM技术的发展及其现状
• 1.2 均衡技术的研究背景和发展现状
• 1.3 本文的研究意义和主要内容
• 2 无线衰落信道与OFDM系统原理
• 2.1 无线衰落信道概述
• 2.1.1 信号的传播方式
• 2.1.2 无线信道衰落
• 2.1.3 无线衰落信道的参数及分类
• 2.2 无线多径衰落信道的建模和仿真
• 2.2.1 无线衰落信道的统计模型
• 2.2.2 多径Rayleigh衰落信道的仿真建模
• 2.3 OFDM系统的表达形式
• 2.4 OFDM系统的特点和关键技术
• 2.4.1 保护间隔和循环前缀
• 2.4.2 OFDM系统中的关键技术
• 2.5 OFDM系统实现
• 2.6 本章小结
• 3 广义时变衰落信道下OFDM系统ICI均衡算法
• 3.1 广义时变衰落信道均衡概述
• 3.2 广义时变衰落信道下OFDM系统ICI生成分析与仿真研究
• 3.3 ICI自消方法及其改进算法
• 3.3.1 ICI自消方法基本原理
• 3.3.2 改进的ICI自消方法
• 3.3.3 仿真实验与结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于MMSE准则的OFDM系统均衡算法
• 4.1 MMSE均衡算法的基本原理
• 4.2 二次MMSE均衡及其简化算法
• 4.2.1 二次MMSE均衡算法
• 4.2.2 简化的二次MMSE均衡算法
• 4.2.3 仿真实验与结果分析
• 4.3 基于MMSE准则的Turbo均衡及其简化算法
• 4.3.1 基于MMSE准则的Turbo均衡原理
• 4.3.2 简化的OFDM系统频域Turbo均衡算法
• 4.3.3 仿真实验与结果分析
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 仿真中使用的多径信道模型
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢