无线单载波系统中稀疏信道估计技术研究

摘要

移动互联网时代的发展，要求新一代移动通信系统能够提供更高的数据传输速率，并实现全球无缝漫游。然而，由于无线移动通信的带宽非常有限，必须采用先进的技术来有效地利用宝贵的频率资源以满足高速率大容量的业务需要，同时通过克服高速率数据在无线信道下的多径衰落和多径干扰来达到改善系统性能的目的。无线通信系统的性能很大程度上受到无线信道的影响，无线信道和固定信道相比更为复杂，具有随机不可预测性。
　　 因此，信道估计作为无线通信系统中的一项关键技术，能否对其进行准确的估计和检测将影响到整个无线通信系统的性能。而稀疏信道作为一种常见的无线移动信道，如果能够充分利用这种信道本身所具有的稀疏性，就可以大大提高信道估计的准确性。
　　 近年来，基于循环前缀和频域均衡的单载波块传输系统(CP-SC-FDE)，越来越多受到人们的关注。该系统在接收端利用DFT/IDFT可方便地实现频域均衡，并且具有与OFDM系统相近的复杂度和性能，但同时克服了OFDM高峰均功率比和频率漂移的敏感性。因此，CP-SC-FDE已经成为宽带无线通信中一种具有相当前景的系统技术。
　　 本文从稀疏信道建模开始，深入分析了稀疏信道的特征，并以CP-SC-FDE作为基本的系统模型，围绕如何充分利用信道的稀疏结构进行信道估计的问题展开讨论，并通过对目前稀疏信道估计研究状况的思考，研究了以下两种稀疏信道估计算法。
　　 第一种是基于二阶统计量的稀疏信道估计方法，该方法通过建立接收信号二阶统计量与信道稀疏结构之间的关联，并利用这种关联来对稀疏信道进行估计和检测。
　　 第二种是基于压缩感知的稀疏信道估计方法，该方法从压缩感知理论出发，利用约束等距性条件，通过设计新的Toeplitz矩阵，将稀疏信道估计这一非线性检测问题转化为线性凸规划问题而得到解决。
　　 计算机仿真实验结果，证实了这两种方法的有效性。