多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)信道估計(jì)方法.pdf

1、近年來,隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展以及在商業(yè)中的成功應(yīng)用,人們在日常生活受之深刻影響的同時(shí)希望在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)能夠接入大量的信息。頻譜資源的共享與高效利用成為無線通信領(lǐng)域迫切需要研究解決的問題。超寬帶(UWB)因高速率、低功耗、低成本的特點(diǎn),己成為下一代短距離室內(nèi)無線通信的最佳候選技術(shù)之一。它基于共用頻段的思想,可以與其它現(xiàn)存的窄帶系統(tǒng)共享頻帶,打破了短距離無線通信頻率資源供不應(yīng)求及不兼容的現(xiàn)狀,為解決日趨緊張的頻譜資源難題提供新的

2、解決方案。作為超寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式之一,基于正交頻分復(fù)用的多頻帶超寬帶(MB-OFDM UWB)方案具有頻帶利用率高、捕捉多徑能量強(qiáng)、傳輸速率靈活等優(yōu)點(diǎn),適合高速無線數(shù)據(jù)傳輸,在數(shù)字化無線家庭網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化辦公室、個(gè)人便攜設(shè)備和軍事等諸多領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
　　 為了保證傳輸可靠性和功率效率,超寬帶系統(tǒng)一般采用相干檢測,然而在相干檢測接收中,數(shù)據(jù)符號不可避免遭受隨機(jī)相移、幅度波動的影響,必須在接收機(jī)必中進(jìn)行有效的信道估

3、計(jì)。本文針對多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)特性,從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),綜合考慮信道估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和精度,在如下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究工作:
　　 與窄帶系統(tǒng)相比,超寬帶系統(tǒng)接收信號在多徑分量的可分辨數(shù)量和到達(dá)時(shí)間方面有著本質(zhì)的區(qū)別。論文首先分析了常規(guī)抽頭延遲線信道衰落模型、△-K信道模型和S-V信道模型各自的優(yōu)缺點(diǎn),研究了IEEES02.15標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)信道模型。在此基礎(chǔ)上考慮超寬帶信道“徑”和“簇”的多徑特性,提出了適用于MB-OFD

4、M UWB系統(tǒng)的延遲抽頭信道模型,分析了該模型的多徑延遲統(tǒng)計(jì)特性和不同子載波上信道頻率響應(yīng)的相關(guān)性,從隨機(jī)過程理論角度證明了在頻域?qū)⒊瑢拵o線信道建立成低階AR模型的可行性,為進(jìn)一步研究適用于MB-OFDM UWB系統(tǒng)的信道估計(jì)算法奠定了基礎(chǔ)。
　　 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)通過訓(xùn)練序列或?qū)ьl符號獲得信道狀態(tài)信息,雖然算法簡單、估計(jì)速度較快,但是在頻譜利用率和功率利用率上付出一定代價(jià),對應(yīng)用于高速率傳輸中的功率受限超寬帶系統(tǒng)的影響

5、尤為突出。論文在分析基于LS、MMSE等不同準(zhǔn)則信道估計(jì)算法的計(jì)算復(fù)雜度和性能的基礎(chǔ)上,在準(zhǔn)靜態(tài)信道環(huán)境中分別研究了理想同步和存在相位誤差條件下的數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)算法。針對理想同步條件,本論文利用MB-OFDM UWB特定前導(dǎo)結(jié)構(gòu),提出了一種頻域加權(quán)濾波的數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法。該算法首先對信道前導(dǎo)字獲得基于LS準(zhǔn)則的信道初始估計(jì),通過頻率平滑處理提高LS估計(jì)的抗噪能力,利用初始估計(jì)的加權(quán)對幀頭前導(dǎo)字進(jìn)行前向判決,根據(jù)判決結(jié)果估計(jì)數(shù)據(jù)符號

6、上的信道頻率響應(yīng),提高了低信噪比條件下信道估計(jì)的可靠性。在存在相位噪聲時(shí),本論文提出通過對不同符號導(dǎo)頻子載波上的信道頻率響應(yīng)的一階低通濾波來補(bǔ)償相位噪聲對信道估計(jì)的影響。該算法計(jì)算簡單,在低信噪比條件下能達(dá)到良好的估計(jì)性能。
　　 針對時(shí)變信道,在理想同步條件下,論文研究了基于卡爾曼濾波算法的信道自適應(yīng)估計(jì)和跟蹤方法。常規(guī)的基于卡爾曼濾波的信道估計(jì)算法只是應(yīng)用了信道時(shí)域相關(guān)性,本論文在頻域?qū)⒊瑢拵诺滥Ｐ偷刃槎A自適應(yīng)回歸模型

7、,提出了一種基于低維卡爾曼濾波的迭代信道估計(jì)算法。該算法同時(shí)考慮超寬帶信道時(shí)域和頻域相關(guān)特性,利用了不同信道環(huán)境下子載波間隔的不同相關(guān)性對濾波算法進(jìn)行降維處理,在一定程度上簡化了計(jì)算。在此基礎(chǔ)上結(jié)合導(dǎo)頻子載波內(nèi)插算法,在存在頻偏誤差的情況下進(jìn)行對信道估計(jì)進(jìn)行相位補(bǔ)償,提高了信道估計(jì)跟蹤性能。
　　 在超寬帶系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù),能大大提高系統(tǒng)容量,從而擴(kuò)大超寬帶系統(tǒng)的傳輸速率和通信距離。論文對多天線MB-OFDM UWB系統(tǒng)的

8、信道估計(jì)進(jìn)行有益的探索,分別探討了采用多天線傳輸?shù)膯斡脩粜诺拦烙?jì)和多用戶信道估計(jì)。為了有效估計(jì)和跟蹤信道狀態(tài),同時(shí)考慮帶寬利用率及系統(tǒng)復(fù)雜度,本論文對兩發(fā)一收天線的單用戶提出了適用于硬判決迭代接收機(jī)的ML-EM信道估計(jì)算法和適用于軟判決迭代接收機(jī)的MAP-EM信道狀態(tài)信息算法。通過EM算法將多輸入輸出信道估計(jì)問題化簡為一系列獨(dú)立的單輸入輸出問題,避免了大規(guī)模矩陣運(yùn)算。對于多用戶情況,提出采用空間交替推廣EM算法,通過在每次迭代過程中交替