非数据辅助的OFDM/OQAM系统解调中的技术研究

摘要

传统的OFDM系统中存在着一些不足，比如其具有较大的带外辐射并且循环前缀降低了系统的功率效率。时频聚焦性良好的OFDM/OQAM系统解决了OFDM系统中的上述不足。非数据辅助的解调指接收端在未知发送端信息的情况下对接收信号进行一些信号处理操作，恢复出发射信号中的有用信息。非数据辅助的解调在无线电监控与管理、通信系统故障检测和通信对抗等实际应用场景中具有重要意义。同步和信道估计作为解调中的关键技术，能够在多径衰落信道环境中使系统的误码率大大降低。研究非数据辅助的同步和信道估计方法对于推动OFDM/OQAM传输方案进一步落实到实际应用中具有重大意义。 本文提出一种基于OFDM/OQAM二阶循环累积量的时频联合同步方法、一种简单有效的基于互相关误差函数的信道阶数估计方法和一种基于频域互相关误差函数的信道辨识方法，具体成果及创新如下： （1）针对现有的非数据辅助的同步方法应用于多径信道中的性能较差，并且需要以信号的发射功率、多径衰落信道参数、滤波器函数和子载波权重作为先验信息的两个不足之处，本文提出一种适用在多径衰落信道环境中，以滤波器函数和子载波权重作为先验信息的时频联合同步方法。该方法将多载波系统中的有限脉冲响应信道建模为一组具有平坦瑞利衰落特性的子信道，推导出了OFDM/OQAM的循环累积量在不同循环频率处的比值能够消除载波频率偏移和多径衰落信道参数，在不同时延处的比值能够消除符号定时偏移和多径衰落信道参数。该方法利用上述特性估计出符号定时偏移和载波频率偏移。此外，本文还推导了OFDM/OQAM的时频联合同步方法的修正克拉美罗界。通过MATLAB实验本文验证了所提时频同步方法是有效的并且具有较好的抗噪声性能。 （2）针对非数据辅助的信道阶数估计方法计算复杂并且在低信噪比下性能不佳的问题，本文提出一种简单有效的信道阶数估计方法。该方法对互相关算法中的由接收信号组成的矩阵做特征值分解运算，将部分特征值按高低顺序排列得到特征值函数，该特征值函数在小于正确的信道阶数的范围内衰减幅度比较大，在大于正确的信道阶数的范围内衰减幅度比较小，利用特征值函数的上述特性对其进行对数运算和二阶差分运算构造出代价函数，使得该代价函数在真实的信道阶数处存在局部极小值。通过仿真实验本文验证了所提信道阶数方法是在低、中信噪比环境下的性能较好。 （3）针对在时域上从接收信号中求解信道参数较为困难的问题，本文提出一种频域上的信道辨识方法。该方法将互相关算法中的误差函数变换到频域上作为目标函数，然后把该目标函数建立为无约束最优化模型，采用最速下降法求解出信道参数的最优值。并且经过MATLAB实验，本文验证了所提信道辨识方法在中、高信噪比下具有较好的性能。

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