多載波通信系統(tǒng)中基于基擴展模型的雙選信道估計和檢測技術(shù).pdf

1、多載波正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統(tǒng)由于其高頻譜利用率而成為當今和未來的主流無線傳輸技術(shù)。在OFDM系統(tǒng)中，準確信道狀態(tài)信息的獲取對于數(shù)據(jù)檢測至關(guān)重要。
　　高移動性環(huán)境是未來無線通信應(yīng)用的重要方向之一，在由高速移動所產(chǎn)生的雙選信道下，直接估計時域沖激響應(yīng)所需的待估參數(shù)過多，信道估計變得非常困難?；鶖U展模型(Basis Expansion Mod

2、el，BEM)由于可以在變換域?qū)π诺纻鬏斕匦赃M行等效描述，能有效縮減待估信道系數(shù)的維度，從而引起了廣泛的重視和研究。
　　首先，本文針對單入單出正交頻分復(fù)用(Single-Input Single-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing, SISO-OFDM)系統(tǒng)，研究了雙選信道條件下的信道估計問題。本文詳細推導(dǎo)了時域高階維納濾波(Wiener Filter, WF)插值

3、和線性內(nèi)插之間的漸進關(guān)系，根據(jù)無線信道衰落特性的相關(guān)性及貝塞爾函數(shù)的近似性質(zhì)，提出了低復(fù)雜度的三階維納濾波實現(xiàn)方法，通過理論分析和數(shù)值仿真，驗證了算法的有效性。本文在雙選信道條件下，基于基擴展模型，理論分析并推導(dǎo)出時域維納濾波的設(shè)計準則，由于該模型能較好的描述雙選信道所帶來的子載波間干擾(Inter-Carrier Interference, ICI)，從而在高速移動環(huán)境中能取得更好的系統(tǒng)性能。
　　其次，本文針對集中式多入多出正

4、交頻分復(fù)用(Multiple-Input Multiple-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing, MIMO-OFDM)系統(tǒng)，研究了基于基擴展模型的雙選信道下聯(lián)合信道估計和數(shù)據(jù)檢測問題。提出一種允許背景噪聲方差未知的基于期望最大化(Expectation Maximization, EM)的多天線信道參數(shù)估計和數(shù)據(jù)檢測聯(lián)合迭代更新的近最大似然(Maximum Likeliho

5、od, ML)算法，理論分析和仿真證明，該算法性能接近最大似然的理論下限。為降低該算法復(fù)雜度，本文將接收信號表示成每根發(fā)送天線信號的疊加向量形式，提出各天線獨立更新信道和數(shù)據(jù)信息的次優(yōu)迭代算法。仿真結(jié)果表明，該方法相對于信道參數(shù)和數(shù)據(jù)的聯(lián)合迭代更新技術(shù)，在性能和計算復(fù)雜度之間可以取得更好的折衷。
　　再次，本文針對分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)，研究了雙選信道下，利用基擴展模型的聯(lián)合信道估計和數(shù)據(jù)檢測問題。除了未知的背景噪聲方差外，

6、本文還進一步綜合考慮了接收端可能存在的干擾和相位噪聲。利用經(jīng)驗的先驗信息，在基擴展模型下基于最大后驗準則(Maximum a Posterior Probability, MAP)，提出了利用變分貝葉斯推理(Variational Bayesian Inference, VBI)的聯(lián)合信道參數(shù)估計和數(shù)據(jù)檢測，理論分析和數(shù)字仿真結(jié)果驗證該算法接近理想情況下假設(shè)理想信道狀態(tài)信息，無相位噪聲及已知干擾和加性高斯白噪聲時的接收機誤碼性能。

7、>　　最后，針對非對稱雙選信道，本文還研究了基于OFDM的協(xié)作式雙向中繼網(wǎng)絡(luò)(Two-Way Relay Network, TWRN)系統(tǒng)中的聯(lián)合信道估計和數(shù)據(jù)檢測問題。本文在背景噪聲方差確定的條件下，利用最小均方誤差(Minimum Mean Square Error, MMSE)準則優(yōu)化了初始估計的準確度，并利用信道參數(shù)的經(jīng)驗先驗信息，基于變分貝葉斯推理得到了近最大后驗的檢測算法，理論分析和數(shù)字仿真結(jié)果驗證該算法接近理想情況下假設(shè)理