基于压缩感知的无线信道估计中多导频集合优化问题研究

发布时间：2020-05-28 01:40

【摘要】：正交频分复用(OFDM)技术常用于宽带无线通信,它使用彼此正交的子载波并行传输信号,在充分利用带宽的同时还可以有效对抗窄带干扰及多径失真,是新一代无线通信领域研究的热点。信道估计是无线通信系统中的关键技术。由于无线多径信道常常呈现稀疏特性,传统信道估计不能充分利用无线信道的稀疏特性,导致信道估计中需要的导频的数量巨大。将压缩感知(CS)技术应用于稀疏信道估计可以降低导频数量,提高频谱利用率,并获得良好的信道估计性能。传统信道估计中等间隔放置导频的方案在基于CS的信道估计中并不是最优的,且在实际应用中有时需要对多个信道进行信道估计,例如多用户OFDM系统的上行信道估计及多输入单输出OFDM(MISO-OFDM)系统信道估计,所以研究基于CS理论的OFDM系统稀疏信道估计中多个导频集合设计问题尤为重要。本文的主要研究内容如下:1)在大量研究基于CS理论的单个导频集合优化准则的基础上,提出了一种多导频集合优化准则,该准则最小化多导频集合对应的各自调整互相关值的加权和。该准则与现有其他准则的不同在于,首先采用调整互相关值而不是互相关值来衡量单个导频集合的优劣;其次,对多导频集合对应的各自调整互相关值进行加权求和时,加权因子不同,具体设计为:将加权因子与每一个导频集合对应的调整互相值相关联,较大的调整互相关值取较大的加权因子。2)将该准则应用到多用户OFDM系统频率选择性衰落信道估计中的多导频集合优化研究中,根据仿真结果可以得出:将本文准则用在优化正交导频集合的问题中能同时获取多个确定性的导频集合,与已有的ES2相比,能在同一数量级的算法复杂度的前提下,降低用户信道估计的平均MSE值约1-1.5dB。3)将该准则应用到高速移动环境中多用户OFDM系统时间-频率双选择性衰落信道估计中多个确定导频集合优化的研究中。由于在高移动场景中OFDM系统每个子载波的频谱展宽,子载波间不再具有正交性,使得系统误码率恶化(产生ICI),为了消除ICI,需要采用具有特殊结构的导频,此时设计具有良好信道估计性能的导频集合很有必要。仿真结果表明,与已有的ES2算法相比,在高速移动环境中使用本文准则设计的导频集合同样能降低信道估计误差约1dB。
【图文】：

南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 OFDM 系统和无线信道估计120( ) ( ) 0,1,..., 1nkNjNkx n X k e n N （2.3）在接收端，把接收到的每一路信号和对应子信道的子载波相乘，然后求积分，就能够把第m个子信道所发送的原信息恢复出，具体证明见式（2.4）：1 1 12 2 20 0 0 ( ) ( ) ( )mn nk mnN N Nj j jN N Nkn n kX m x n e X e e X m （2.4）式（2.3）为 OFDM 的调制，式（2.4）为 OFDM 的解调，我们可以看到，二式与 IDFT和 DFT 很相像，所以，能够利用 IDFT/DFT 等快速算法完成 OFDM 的调制解调，具体如图2.1 所示。

若是载波频率没有同步，一样会有 ICI 的问题。图 2.2 加入循环前缀的 OFDM 符号示意图2.2.3 OFDM 系统结构分析完 OFDM 的部分关键技术后，我们来简要探讨完整的系统结构。在发送端，二进制发送序列通过对应的映射处理后，，由数字信号变成复数形式。而后经过串并变换后形成低速的并行信号，通过 IFFT 运算，得到在时域表达的采样信号，在发送时域信号之前，添加循环前缀来消除 ISI，然后通过多径信道传输，执行和发送端相反相逆的运算，最后获取原始信号。图 2.3 是 OFDM 系统的结构框图。应用中的系统会更加繁杂，还需要像信号检测技术及信道均衡技术、信道估计技术、同步技术等关键技术。因为无线信道参数的不固定性给接收端带来巨大挑战，信道估计技术是系统中重要的关键技术。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.53

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本文编号：2684495