OFDM系統(tǒng)非參數(shù)信道估計(jì)算法研究.pdf

1、在以IMT2000標(biāo)準(zhǔn)為核心的第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)已經(jīng)在全球全面鋪開的同時(shí)，人們已經(jīng)對(duì)新一代無線寬帶多媒體通信系統(tǒng)做了大量的研究工作。新一代無線通信系統(tǒng)又稱為超3代移動(dòng)通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱B3G或4G系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目標(biāo)是在高速移動(dòng)環(huán)境中支持最高約100Mbps的速率，因此新一代無線通信系統(tǒng)在傳輸速率和頻譜利用率上需要有新的突破。
　　 正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，它具有頻譜利用率高、可對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展以及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)

2、單等特點(diǎn)，已經(jīng)被確定為B3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。要在OFDM系統(tǒng)中進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)要保持較高的頻譜利用率，OFDM系統(tǒng)需要使用密度更高的星座點(diǎn)進(jìn)行符號(hào)映射并采用相干檢測(cè)技術(shù)。
　　 在這種情況下，接收端必須知道精確的信道狀態(tài)信息。同時(shí)，現(xiàn)代傳輸技術(shù)包括自適應(yīng)調(diào)制、MIMO系統(tǒng)、波束成形、空時(shí)編碼以及跨層自適應(yīng)技術(shù)等都需要精確的信道狀態(tài)信息。因此信道估計(jì)在OFDM系統(tǒng)中是不可或缺的。
　　 本論文在研

3、究深入傳統(tǒng)LS估計(jì)器，LMMSE估計(jì)器和基于DFT的變換域估計(jì)器的優(yōu)缺點(diǎn)后，提出幾種基于非參數(shù)函數(shù)估計(jì)的信道估計(jì)方法。這些方法不需要信道和傳輸數(shù)據(jù)的先驗(yàn)知識(shí)，在僅增加線性計(jì)算復(fù)雜度的前提下，大大提高了LS估計(jì)器的性能。
　　 論文首先討論了衰落無線信道的特性，對(duì)信道的時(shí)域與頻域特性作了簡(jiǎn)單的分析，詳細(xì)介紹了常用的確定性衰落信道模型，并深入分析了它們的可微性、Lipschitz性及可逼近性等數(shù)學(xué)特性；并在簡(jiǎn)要介紹非參數(shù)函數(shù)估計(jì)方法

4、的原理的基礎(chǔ)上分析了將非參數(shù)方法用于衰落信道估計(jì)的可行性，為全文奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 接著我們提出一種基于局部線性回歸的OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該方法明確提出將信道估計(jì)的插值過程和噪聲消除過程進(jìn)行分離：首先對(duì)估計(jì)出的導(dǎo)頻處的信道估計(jì)值進(jìn)行插值，然后對(duì)插值后的信道估計(jì)值進(jìn)行局部線性回歸以消除信道噪聲和插值引入的誤差。該方法不僅能夠有效的抵抗線性插值所帶來的誤差，而且能有效的回避變換域方法受到附加矩形窗的影響，從而明顯改善信道

5、估計(jì)的性能。該方法不需要知道信道和數(shù)據(jù)的先驗(yàn)知識(shí)，因此具有很高的魯棒性。算法的計(jì)算復(fù)雜度僅為O(N)。
　　 為了在不增加計(jì)算復(fù)雜度的前提下進(jìn)一步提高估計(jì)精度，我們又提出了基于Saviztky-Golay平滑的OFDM頻域信道估計(jì)算法，該算法實(shí)際上是一種局部多項(xiàng)式回歸平滑算法，可以轉(zhuǎn)化為卷積運(yùn)算進(jìn)行計(jì)算。利用通常Saviztky-Golay濾波器的抽頭數(shù)遠(yuǎn)大于回歸多項(xiàng)式階數(shù)這一特點(diǎn)可以大大降低估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度，使得計(jì)算復(fù)雜度僅為

6、O(N)。該方法具有局部線性回歸估計(jì)算法的所有優(yōu)點(diǎn)，且由于采用了局部多項(xiàng)式回歸，估計(jì)精度比局部線性回歸要高，同樣不需要知道信道和數(shù)據(jù)的先驗(yàn)知識(shí)。
　　 對(duì)于塊衰落信道，我們提出了基于二維核回歸估計(jì)的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)方法。
　　 在核回歸方法中，我們可以利用核函數(shù)來刻畫信道復(fù)增益在時(shí)域頻域上的相關(guān)性，因此估計(jì)性能比簡(jiǎn)單的局部回歸要好。由于WSUSS信道的相關(guān)性可以進(jìn)行時(shí)頻分解，該算法可以分解為兩個(gè)級(jí)聯(lián)的一維核回歸算法，

7、復(fù)雜度大大降低。通過優(yōu)化時(shí)域和頻域核函數(shù)的支撐區(qū)間的長(zhǎng)度，該算法的性能在低信噪比時(shí)甚至超過一維MMSE 估計(jì)算法，而復(fù)雜度遠(yuǎn)低于一維MMSE 估計(jì)算法，但比前兩種算法的計(jì)算復(fù)雜度稍高一些，每點(diǎn)數(shù)據(jù)的算法復(fù)雜度與兩個(gè)核函數(shù)長(zhǎng)度和成正比。
　　 最后論文討論了基于小波閾值估計(jì)的基本原理并提出了基于塊閾值估計(jì)的小波閾值信道估計(jì)算法，該算法的性能優(yōu)于基于傳統(tǒng)的小波去噪信道估計(jì)算法，且在信道多徑擴(kuò)展大于CP長(zhǎng)度時(shí)仍然具有較好的估計(jì)性能，且