信号的二阶周期平稳性在无线移动通信中的应用

论文摘要

这篇论文研究的内容是基于信号的周期平稳特性的盲信号处理方法在无线移动通信中的应用。利用信号的周期平稳特性解决了无线通信中的盲信噪比估计和OFDM系统中的盲同步参数估计问题，并分析了基于周期平稳的方法在时变信道下的应用。 论文首先介绍了盲信号处理方法在无线移动通信中的应用，并比较了几种不同的盲信号处理方法，说明了基于信号的周期平稳特性的方法在盲信号处理领域的重要地位。随后详细介绍了周期平稳信号的定义和基于周期平稳的方法的优势：例如不需要发送端发送已知信号，提高信息传输速率；提供丰富的分析域；对平稳噪声具有免疫性等。进一步的，介绍了这种方法在无线通信中的应用：比如信号的检测与辨识、信号到达方向估计、信道同步参数估计以及信道的辨识与均衡等。 信噪比是信道质量的衡量标准，又是许多移动通信算法的重要参数，因此信噪比估计的研究一直是无线通信中的一个重要研究课题。论文提出了一种新的利用信号的周期平稳特性进行盲信噪比估计的方法。这种方法首先选取周期频率不为零的信号二阶周期自相关进行信号功率估计，然后根据信号二阶矩与信号和噪声功率的关系，估计出噪声功率，最后得到信噪比的估计。通过理论分析和性能仿真，证明了这种方法广泛适用于MPSK、MQAM等各种调制方式；实信道和复信道；单径信道和多径信道。在较大的信噪比范围内，其估计性能优于M2M4、SVR等其它盲信噪比估计方法，归一化均方误差更加接近于克拉美—罗下界。而且，这种信噪比估计方法的性能几乎不受调制方式的影响，具有较强的鲁棒性。 作为一种多载波系统，OFDM系统比一般的单载波系统对同步的要求更为严格。论文分析了各种OFDM系统下，基于信号周期平稳特性的盲同步参数估计方法。首先，针对每个用户分配单载波的OFDM系统，在以往文献提出的同步参数估计方法的基础上进行了改进，并且针对具有共轭周期平稳特性的信号，提出了一种基于共轭周期平稳特性的频偏修正方法。然后，针对每个用户分配多个子载波的OFDM系统，提出了一种广泛适用于一般子载波分配策略的盲同步参数估计方法。这种盲估计方法的频偏估计依赖于时延估计。进一步的，针对分段子载波分配、间隔子载波分配和混合子载波分配等3种目前被重点研究的子载波分配策略，提出了一种频偏估计与时延估计独立的盲同步参数估计方法。相对于依赖时延估计的频偏估计，这种独立的频偏估计具有更高的精度。最后，分析了所有子载波同步发送数据，即下行OFDM系统下的盲同步参数估计。 针对基于信号的周期平稳的方法在时变信道中的实际应用，论文进行了较为详细的分析。首先讨论了时变信道下估计周期统计量的计算复杂度，对传统方法，实时更新方法和基于快速傅立叶变换的实时更新方法这三种方法的计算量进行了比较。然后对时变信道进行了简化，提出了幅度和相位线性变化的模型。在这种模型下，证明了接收信号的周期平稳性，并推导了周期统计量的估计方法。进行了三种不同仿真环境下的仿真，证明了估计的准确性。对时变信道进行分析，证明了信道相干时间内周期个数与周期统计量估计精度的关系，给出了计算用于估计周期统计量的最佳周期数的经验公式。有了经验公式，在真实环境中，就可以根据信道的变化自适应地调整用于估计周期统计量的周期数，提高估计精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• §1.1 无线移动通信的发展和需求
• §1.2 盲信号处理方法
• 1.2.1 盲信号处理的特点和研究现状
• 1.2.2 盲信号处理的方法的分类和特征
• §1.3 论文的研究内容
• 1.3.1 盲信噪比估计
• 1.3.2 OFDM系统的同步参数估计
• 1.3.3 时变信道下的周期平稳方法的应用
• §1.4 论文的总体结构
• 第2章 信号周期的平稳特性
• §2.1 周期平稳信号的定义
• §2.2 基于信号周期平稳的方法应用的特点和优势
• 2.2.1 盲方法
• 2.2.2 对平稳噪声和干扰的免疫性
• 2.2.3 提供更丰富的分析域
• 2.2.4 周期平稳信号的广泛存在
• §2.3 基于信号的周期平稳特性的方法在无线通信中的应用
• 2.3.1 信号的检测与辨识
• 2.3.2 信号到达方向的估计
• 2.3.3 同步参数估计
• 2.3.4 信道辨识与均衡
• 2.3.5 其它应用
• §2.4 小结
• 第3章 基于信号周期平稳特性的盲信噪比估计
• §3.1 信噪比估计的研究背景
• 3.1.1 噪声的分类和表征
• 3.1.2 信噪比估计在无线通信中的应用
• §3.2 现有的研究成果和本章的内容
• §3.3 加性高斯白噪声信道下的盲信噪比估计
• 3.3.1 加性高斯白噪声信道模型
• 3.3.2 基于信号的二阶周期自相关的盲信噪比估计方法
• §3.4 多径信道下的盲信噪比的估计
• 3.4.1 多径信道模型
• 3.4.2 基于信号的二阶周期自相关的盲信噪比估计方法
• §3.5 仿真与性能分析
• 3.5.1 性能评估函数
• 3.5.2 克拉美—罗下界
• 3.5.3 仿真结果
• §3.6 小结
• 第4章 基于信号周期平稳特性的OFDM系统的盲同步参数估计
• §4.1 OFDM系统原理
• 4.1.1 OFDM系统模型
• 4.1.2 OFDM系统的同步
• 4.1.3 OFDM系统中的信号成型滤波
• §4.2 每个用户分配单子载波的OFDM系统的盲同步参数估计
• 4.2.1 基于信号周期平稳的同步参数估计
• 4.2.2 基于共轭周期自相关的频偏估计修正方法
• 4.2.3 仿真与性能分析
• §4.3 不同子载波分配方式下的OFDM系统中的同步参数估计
• 4.3.1 基于周期自相关的同步参数盲估计方法
• 4.3.2 仿真与性能分析
• §4.4 下行OFDM系统中的同步参数估计
• 4.4.1 基于周期自相关的同步参数盲估计方法
• 4.4.2 仿真与性能仿真
• §4.5 小结
• 第5章 时变信道下的周期平稳方法的应用
• §5.1 研究背景
• §5.2 实时更新的周期统计量估计
• 5.2.1 传统估计方法
• 5.2.2 实时更新估计方法
• 5.2.3 利用FFT的实时更新方法
• 5.2.4 实例及计算量分析
• §5.3 线性变化信道的估计
• 5.3.1 近似线性变化信道
• 5.3.2 接收信号的周期平稳性
• 5.3.3 仿真与性能分析
• §5.4 时变信道下的估计
• §5.5 小结
• 第6章 结束语
• §6.1 全文总结
• §6.2 论文的主要贡献
• §6.3 对将来研究的展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间的研究成果和科研项目
• 致谢