CR-OFDM系统中最优导频序列设计的研究

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源短缺、频谱利用率低等缺陷越来越凸显，Cognitive Radio OFDM(CR-OFDM)作为一种适用于离散频谱环境的高效的频谱调制技术，不仅具备传统OFDM的抗多径衰落和高速传输的优势，在频谱聚合、功率控制以及频谱分配方面也具有很强的灵活性，因此，成为未来移动通信系统中最具竞争力的一个关键的传输技术。
　　由于CR-OFDM系统可用频谱的非连续和动态变化特性，随之产生的关键技术和科学课题已成为相关领域的研究热点。其中，导频序列设计因其可以保证无线信道估计的准确性以及通信系统的高性能品质而成为研究的热点。
　　本文详细介绍了CR-OFDM系统导频序列设计的基础理论，详细地分析了最优导频序列设计的经典算法，针对CR-OFDM系统下授权用户和认知用户之间存在干扰的情况，提出了基于信道估计的最优导频序列设计算法，包括对导频位置、导频功率以及位置与功率的联合优化设计，在保证系统性能的前提下，可有效提高信道估计精度。
　　考虑CR-OFDM系统子载波非连续且动态变化的特殊性质，传统等功率、等间隔分布的导频序列存在计算复杂度高、频谱利用率低、处理时延大和干扰影响明显等缺点。针对上述问题，首先，提出了基于交叉熵算法的导频位置的优化设计方法，该方法以最小化系统均方误差为准则，采用交叉熵优化算法在所有可用子载波中求解目标函数的最优解，有效解决了穷举搜索算法计算复杂度高等问题;其次，对导频功率的设计，以最大化系统容量为准则，在认知用户与授权用户之间的干扰温度限制下，对优化问题进行建模，采用差分进化搜索算法进行目标函数的求解，提高了频谱利用率，解决了由于功率分配不合理造成的资源浪费;最后，考虑等功率分配导频会使信道估计不能有效地进行，提出了一种对导频功率和位置联合优化的设计算法，该算法以最小化系统均方误差为准则，对导频功率进行归一化操作，并将交叉熵优化算法应用于对优化问题的求解中。与传统算法相比，所提算法提高了数据传输利用率，保证了信道的估计精度，降低了系统均方误差(Mean Square Error，MSE)和误码率(Bit Error Rate，BER)，从而从整体上提高了系统性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 CR-OFDM系统的发展历史及研究现状

1．3 CR-OFDM系统中导频技术的研究现状

1．4 论文主要内容和结构安排

第2章 CR-OFDM系统导频序列设计基础

2．1 认知无线电

2．1．1 认知无线电基本原理

2．1．2 认知无线电系统的关键技术

2．2 CR-OFDM系统

2．3 CR-OFDM系统关键问题

2．3．1 时间和频率的同步问题

2．3．2 信道估计和导频设计

2．3．3 PAPR抑制

2．3．4 旁瓣抑制

2．3．5 快速基带处理

2．4 CR-OFDM系统导频技术

2．4．1 CR-OFDM系统特性

2．4．2 经典导频分布图案

2．5 本章小结

第3章 CR-OFDM系统导频序列设计基本算法

3．1 基于最小MSE准则的非均匀分布的导频序列的设计

3．2 基于最小符号估计的MSE加权和准则的导频序列的设计

3．3 基于导频总功率最小准则的导频序列的设计

3．4 本章小结

第4章 CR-OFDM系统最优导频序列设计

4．1 算法概述

4．2 CR-OFDM系统导频模式的设计

4．2．1 导频间隔的设计

4．2．2 分组插入式导频图案的设计

4．3 基于交叉熵算法的导频位置的设计

4．3．1 系统模型

4．3．2 仿真实验与结果分析

4．4 基于香农容量定理的导频功率的设计

4．4．1 算法概述

4．4．2 系统建模

4．4．3 仿真实验与结果分析

4．5 导频位置和功率的联合优化

4．5．1 算法概述

4．5．2 仿真结果及分析

4．6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢