基于OFDM调制的双向中继网络信道估计算法研究

摘要

由于无线中继网络相对于传统的点对点通信方式在传输能力方面有很大的提升，并能利用网络中的中继节点作为虚拟多天线为单天线的终端带来分集增益，进而引起了通信界的广泛关注与研究。双向中继网络(Two-way Relay networks TWRN)是现代通信技术中一种流行的通信方式，该方式中的两个通信终端同时地进行数据发送和接受。现有的许多关于双向中继网络的研究工作中，都假设在终端节点和中继处具有完整的信道状态信息(perfect channel state information)。然而，在相干检测的条件下，衰落信道因子(coefficients)需要事先被估计出来，然后才能被用到数据信息的检测过程中去。信道估计的好坏反过来会影响中继协作传输的整体性能，而且还是一个衡量系统性能的限制性因素。尽管目前已经有了大量关于单项中继网络信道估计的研究，但针对双向中继网络的信道估计却很少。
　　 本文首先介绍了基于放大转发(amplify-and-forward AF)策略的双向中继协作通信传输原理演进过程的相关背景知识，以及双向中继网络的一些发展与研究现状。其次，介绍了OFDM传输技术的相关原理，及基于OFDM调制的双向中继网络的传输原理。然后对中继及两个终端处的信号处理过程做出具体分析，进而提出了基于分组传输的LS信道估计算法及最优训练序列。随后，鉴于OFDM系统中出现的峰均比问题，提出了一种基于Zadoff-Chu序列的最优训练序列，计算结果及仿真结果分别表明该序列具有降低峰均比的能力和具备信道估计时最优序列的性能。另外，结合有关信道估计算法的最新研究理论成果，以及特殊的应用背景如水下声学特性信道，数字电视信道以及住宅超宽带信道等，提出了一种基于凸优化理论的信道估计算法-DS(the DantzigSelector)算法，并将其应用于双向中继网络中，仿真结果表明该算法较传统算法在估计的精确度上有了显著的提高。出于对实际传输过程中节能方面的考虑，提出了基于导频(priot tones)序列的信道估计算法，并对两个终端的导频序列设计和中继的功率放大因子做了具体研究，仿真结果表明基于导频的信道估计性能要比分组的差一些。基于分组序列传输和导频序列传输模式下的信道辨识(channel identifiability)，单个信道抽取及级联信道重构问题也得到了解决，仿真结果表明重构后的级联信道要比直接估计得到的级联信道更加的精确，另外这样做的好处在于为两个信源终端的子载波功率分配及对中继功率分配操作进行预测等后续研究做了很好的准备工作。