OFDM系统中非数据辅助的信噪比估计技术研究

摘要

作为第四代移动通信系统的关键技术，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术因其优越的抗多径干扰性能和较高的数据传输速率，广泛应用于通信领域。在接收端进行信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)估计是当前OFDM技术中的一个研究热点。目前提出的OFDM系统中进行SNR估计的方法大致可以分为两类:一类是基于导频的数据辅助(Data-Aided，DA)方法，一类是不需要占用额外导频的非数据辅助(Non Data-Aided，NDA)方法。本文提出了一种在OFDM系统中稳定的基于NDA的SNR估计方法，并在大时延扩展信道条件下，提出了一种基于NDA进行噪声方差无偏估计的方法。
　　LTE系统对环境具有良好的自适应性，但会造成大量的控制信息需要传送的情况，从而加重了系统负荷。考虑到在实际LTE系统中，导频的插入周期通常存在冗余，因此，本文研究了将控制信令比特隐藏在导频中进行传输的方法，从而在不影响误码率的前提下提高系统的传输效率。
　　本文章的主要贡献在于:
　　首先，本文提出了一种在OFDM系统中稳定的基于NDA的SNR估计方法。本方法在OFDM符号的循环前缀(Cyclic Prefix，CP)基础上，利用CP间的相关性，通过在接收端挑选接收符号的采样值得到信号功率和噪声方差的估计值，进而得到SNR估计。通过数学分析和计算机仿真，验证了即使在信道最大时延扩展大于符号CP长度的情况下，本方法也可以得到稳定的估计结果。此外，通过与其他非数据辅助的估计方法进行比较，仿真结果表明该方法具有一定的性能提升。
　　其次，本文提出了OFDM系统中在大时延扩展信道下一种基于NDA的噪声方差估计方法。该方法同样是基于CP间的相关性以及在接收端挑选OFDM符号采样值。具体来说，挑选起点和终点进行FFT变换并补偿相位，然后利用符号间的独立性，经数学推导得到化简结果。仿真表明当信道最大时延扩展等于CP长度时，该方法依然可以获得噪声方差的无偏估计。
　　最后，本文研究了在LTE系统中如何将控制信令隐藏在导频中进行传输的方法。该研究将一部分导频用于控制信令的传输，针对实际LTE系统中物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)的四种在不同环境下的资源分配形式，分别设计控制信令的隐式分布方法。仿真结果表明，该方法可以在不影响接收信号误码率的前提下，提高系统的传输性能。

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摘要

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表格目录

第一章 绪论

1．1 无线移动通信发展历程概述

1．2 课题研究背景及章节安排

1．3 数学符号约定

第二章 信道及OFDM系统介绍

2．1 无线信道介绍

2．1．1 无线信道大尺度衰落

2．1．2 无线信道小尺度衰落

2．2 OFDM系统基本原理

2．2．1 OFDM调制和解调

2．2．2 OFDM保护间隔和循环前缀

2．3 OFDM基于训练序列进行信道估计

2．3．1 基于训练符号的最小二乘信道估计算法

2．3．2 基于训练符号的最小均方误差信道估计算法

2．4 本章小结

第三章 一种有效的非数据辅助的信噪比估计方法

3．1 引言

3．2 信号模型

3．3 传统非数据辅助信噪比估计方法

3．3．1 基于最大似然函数估计器非数据辅助SNR估计方法

3．3．2 改进的最大似然函数估计器非数据辅助SNR估计方法

3．4 本文方法

3．5 仿真结果分析

3．6 本章小结

第四章 大时延扩展信道下噪声方差的非数据辅助估计

4．1 引言

4．2 信号模型

4．3 本文方法

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

5．1 前言

5．2 LTE下行物理控制信道结构

5．2．1 帧结构

5．2．2 资源分配

5．3 OFDM系统隐式传输

5．4 基于LTE系统的设计方案及仿真结果

5．4．1 1个CCE

5．4．2 2个CCE

5．4．3 4个CCE

5．4．4 8个CCE

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间的研究成果

致谢