OFDM和MIMO系统的信道估计、干扰消除和信号检测

摘要

正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing-OFDM)技术已经成为宽带无线传输领域的研究热点。作为一种多载波并行传输技术，OFDM技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，可有效地对抗多径衰落的影响，成为下一代移动通信4G(4thGeneration)系统有竞争力的候选方案。同时，多天线(MultipleInputMultipleOutput-MIMO)技术能够在空间形成独立的并行子信道同时传输多路数据流，可以有效提高系统的传输速率，在不增加系统带宽和发射功率的情况下提高频谱利用率。因此，MIMO技术也成了未来宽带无线领域的关键技术。如何有效地利用OFDM技术以及MIMO技术实现无差错高速无线传输，还有若干亟待解决的关键问题。本论文重点研究了OFDM以及MIMO系统的信道估计、干扰消除和信号检测等技术。 论文针对OFDM系统中的信道估计问题，分析了多径慢衰落和快衰落信道中OFDM系统传输的基带数学模型。对于慢衰落的信道环境，提出了一种节约带宽的信道估计方法。对于快衰落的信道环境，推导了一种用Jake模型建模的时变信道的MMSE信道估计算法。通过计算机仿真分析了这两种算法的性能。OFDM系统对于频偏的敏感是限制其发展的一大原因。论文重点研究了由于信道时变特性导致的子载波间的干扰问题，推导了系统的信干比，提出了两种不同的子载波间干扰消除方法，并利用计算机仿真验证了提出的干扰消除算法可以比传统OFDM系统获得较大的性能增益。 在OFDM系统中加入循环前缀是避免符号间干扰的一个简单方法，但是也导致了系统利用率的降低。此外，由于循环前缀通常是事先确定的，因此对于延时较长的信道，会出现信道长度超过循环前缀长度的情况。论文分析了OFDM系统中由于循环前缀的不充分而引入的符号间干扰和子载波间干扰，提出了两种不同准则的消除干扰的滤波器设计算法。计算机仿真结果表明，加入干扰消除滤波器后，系统性能有很大的改善。 针对循环前缀导致系统利用率降低问题，论文研究了另一个有效的方法是采用时域均衡器。在回顾三种经典时域均衡技术的基础上，论文针对已有算法复杂度高，不适合实际应用的问题，提出了一种改进算法，并且通过计算机仿真和理论分析验证了算法的优点。 MIMO系统中的多天线信号检测问题是MIMO系统中一个重要的研究方向。传统的排序连续干扰抵消算法OSIC由于存在严重的误码传播问题，因此性能较差。论文提出了两种改进的OSIC算法，并利用仿真证实了所提出的算法比传统方法的性能有较大改善。 针对MIMO-OFDM系统在时变信道环境下的干扰消除问题，建立了一个MIMO-OFDM系统模型，给出了符号间干扰和子载波间干扰分析，为了消除干扰对系统的影响，推导了一个基于最小均方误差的最优频域均衡器。同时，还考虑了利用干扰抵消算法来进行干扰消除。无论是均衡还是干扰抵消算法，它们都是建立在己知信道信息基础上的。因此，论文也考虑了MIMO-OFDM系统中有干扰存在的信道估计问题。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号、英文缩略语

第1章绪论

第2章无线通信信道特性和OFDM通信系统

第3章OFDM系统的信道估计

第4章OFDM系统的干扰消除(Ⅰ)

第5章OFDM系统的干扰消除(Ⅱ)

第6章OFDM系统的时域均衡技术

第7章MIMO系统的信号检测算法研究

第8章MIMO-OFDM系统的干扰消除

第9章全文总结

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间发表的论文