基于SC-FDE的60GHz系统信道估计与相位噪声抑制

摘要

本文主要研究了基于单载波频域均衡（Single-Carrier with Frequency Domain Equalization, SC-FDE）的60GHz通信系统中的信道估计与相位噪声抑制算法。包括最小二乘（Least Square, LS）和递归最小二乘（Recursive Least Square, RLS）信道估计算法，相位噪声自回归仿真模型，相位噪声对系统性能的影响以及低复杂度信道估计下的相位噪声抑制算法。
　　建立系统模型是研究工作的前提。介于此，本文先详细介绍了用于60GHz通信的受相位噪声干扰的SC-FDE系统模型。
　　针对传统基于序列相关信道估计的复杂度较高，基于LS和RLS准则的非结构化信道估计（Unstructured Channel Estimation, UCE）性能差等缺点，本文提出了基于LS和RLS准则的低复杂度结构化信道估计（Structured Channel Estimation, SCE）算法。本文的LS-SCE或RLS-SCE先在频域中利用LS或RLS准则估计得到频域均衡所需的少量频点处的信道频率响应（ Channel Frequency Response, CFR），然后通过低复杂度离散傅立叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）插值滤波得到所有频点的CFR。从复杂度分析和仿真中可得，本文的LS-SCE与传统的基于序列相关信道估计相比，性能相当但复杂度有降低；与LS-UCE相比，性能得到改善且复杂度相当或更低；本文的RLS-SCE在以上几种信道估计中的均方误差最小，与传统RLS信道估计相比，结论与本文的LS-SCE类似。
　　在研究相位噪声过程中，本文首先给出了满足60GHz标准给出的相位噪声功率谱密度的自回归仿真模型。该模型采用双线性变换法设计无限脉冲响应滤波器，仿真中的相位噪声由高斯白噪声通过此滤波器得到。其次，通过分析和仿真，研究相位噪声对SC-FDE系统性能的影响，并总结出对系统性能影响较大、需进行抑制的相位噪声范围。
　　针对影响系统性能较大的相位噪声，本文在低复杂度信道估计下通过时频CPE补偿抑制其干扰。当存在相位噪声干扰时，信道估计受公共相位误差（Common Phase Error, CPE）的乘性影响，我们把CPE与CFR看作一个整体信道。在频域CPE初步补偿中，本文首先利用最小均方误差（Minimum Mean-Square Error, MMSE）准则估计局部 CPE比值（数据块循环前缀的 CPE与估计信道的CPE比值），局部CPE比值经线性插值得到CPE比值（数据块的CPE与估计信道的CPE比值）。然后把CPE比值与估计的信道相乘跟踪当前整体信道的变化。最后通过频域均衡抑制相位噪声干扰。在时域CPE补偿中，通过判决反馈补偿残余的CPE以获得更好的性能。通过对比仿真和分析可得，本文的相位噪声抑制算法相对传统算法有某些优势，并与没进行相位噪声抑制相比，系统的性能有多达4dB的改善。

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缩略词表

符号说明

第一章 绪论

1.1 本论文的研究背景与现状

1.2 本论文的研究课题与主要工作

1.3 本论文的结构安排

第二章 受相位噪声干扰的SC-FDE系统模型

2.1 系统模型框图

2.2 发送端模型

2.3 60GHz信道模型

2.4 60GHz相位噪声模型

2.5 接收端模型

2.6 本章小结

第三章 基于SC-FDE的60GHz系统信道估计

3.1 信道估计序列

3.2 传统信道估计算法

3.3 低复杂度结构化LS信道估计研究

3.4 低复杂度结构化RLS信道估计研究

3.5 低复杂度LS与RLS信道估计流程

3.6 复杂度与仿真结果分析

3.7 本章小结

第四章 基于SC-FDE的60GHz系统相位噪声抑制

4.1 相位噪声对性能的影响

4.2 传统相位噪声抑制算法

4.3 理想信道信息下相位噪声抑制算法研究

4.4 低复杂度信道估计下相位噪声抑制算法研究

4.5 本章小结

第五章 全文总结

5.1 本文的主要贡献

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

个人简介

攻读硕士学位期间参与项目与研究成果