高移动性环境下OFDM系统载波间干扰抑制技术

摘要

高速铁路的发展，对铁路移动通信系统提出了更高的要求。与普通的移动通信环境相比，高速移动环境最突出的问题是多普勒频移对通信产生的影响。正交频分复用(OFDM)技术由于具有较高的频谱效率，有效地抗多径传输能力，已成为下一代移动通信系统的关键技术。然而，OFDM系统对频率偏差和相位噪声比较敏感。研究表明，随着移动性增加，信道时变性增强，多普勒频移和多普勒扩展明显，将破坏OFDM系统子载波间的正交性，产生子载波间干扰(ICI)，从而大大降低系统性能。因此，研究OFDM技术在高速移动环境下的应用，提高其抗多普勒效应的能力，具有重要的理论意义和实用价值。
　　 多普勒效应体现了无线信道的时变特性。时变信道可以提供时间分集，也称为多普勒分集。多普勒分集将多普勒扩展作为一种分集方式，通过增强信号能量来改善系统性能。实现多普勒分集的方法主要可以归纳为三种，即发射机多普勒分集，接收机多普勒分集，发射机和接收机联合多普勒分集。通过在发送端采用预编码器，在接收端采用均衡器，可以实现最大分集传输。将多普勒分集技术应用于OFDM系统，可以有效地对抗多普勒扩展对系统性能的影响。本文系统地研究了多普勒分集技术的原理，并基于基扩展模型，对时间选择性信道下的最大分集传输进行了仿真。结合高范德蒙预编码器的特点，设计了一种适合OFDM系统的多普勒分集方案。与无编码的系统相比，OFDM系统中的多普勒分集方式可以获得分集增益，并且分集阶越大，获得的分集增益越大。
　　 对于OFDM系统中的多普勒频移，可以采用ICI消除算法来降低其对系统性能的影响。ICI消除算法主要有频域均衡法、时域加窗法、ICI自消除算法等等。在OFDM系统中，当归一化频率偏移的值不是很大时，可以采用简单的ICI自消除算法来降低ICI对系统的影响。本文详细分析了ICI自消除算法的基本原理，对几种ICI自消除算法的性能进行了仿真分析，并在此基础上提出了一种改进的ICI自消除算法。仿真分析表明，在归一化频移较小时，该方法对系统性能的改善优于之前的几种ICI自消除算法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1高移动性环境下OFDM系统及其主要问题

1.2 ICI消除与多普勒分集国内外研究现状

1.3本文主要研究内容与结构安排

第2章 高速移动环境下OFDM系统性能分析

2.1高速移动信道的特性

2.1.1多径效应

2.1.2多普勒效应

2.2高速移动信道对OFDM系统的影响

2.2.1 OFDM基本原理

2.2.2多径效应对OFDM系统的影响

2.2.3多普勒效应对OFDM系统的影响

2.3 ICI消除方法

2.3.1频域均衡法

2.3.2时域加窗法

2.3.3 ICI自消除算法

2.4多普勒分集技术

2.4.1发射机多普勒分集

2.4.2接收机多普勒分集

2.4.3发射机和接收机联合多普勒分集

2.5本章小结

第3章 OFDM系统中的多普勒分集技术

3.1最大分集传输

3.1.1基于时间选择性信道的方案

3.1.2基于双选择性信道的方案

3.2常用的均衡算法

3.2.1线性ZF均衡

3.2.2 MMSE均衡

3.2.3判决反馈均衡

3.3 OFDM系统时变信道下的多普勒分集

3.3.1理论分析

3.3.2仿真与结果分析

3.4本章小结

第4章 OFDM系统中的ICI自消除技术

4.1 ICI自消除算法研究

4.1.1原始的ICI自消除算法

4.1.2传统的ICI自消除算法

4.1.3改进的ICI自消除算法

4.2 OFDM系统中的多普勒分集接收机

4.2.1传统的多普勒分集接收机

4.2.2简化的多普勒分集接收机

4.3本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2研究工作中的问题、经验和体会

5.3未来工作展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果