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基于OFDM技术中继系统中的信道估计算法研究

作　者: 刘明亮
导　师: 张建华
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: OFDM 中继信道估计信道估计误差 MMSE接收机
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术能有效抵抗无线信道的多径衰落,已成为下一代移动通信系统(LTE-Advanced)的关键技术之一。中继(Relay)系统能扩大小区覆盖,提高系统容量,因此也成为LTE-Advanced的热点研究方向之一。在结合OFDM和Relay的系统中,如何获得多条链路的精确信道状态信息是此系统获得容量增益,达到Relay实用化的关键之一。本文主要针对基于OFDM调制Relay系统中的信道估计算法进行了理论和仿真研究,主要工作有以下三方面：1、针对放大转发(AF, Amplify-and-Forward)中继系统的信道估计算法研究。目前这方面的大部分研究成果只能获得源端(S,Source)-中继(R, Relay)-终端(D, Destination)综合链路(S-R-D)的信道状态信息,但是不能将S-R和R-D的链路信息分离。为了解决这个问题,本文给出了一种可以在接收端分离S-R和R-D两跳链路信道信息的信道估计方案。并且以信道估计均方误差(MSE)作为评估标准,从理论上证明了所提算法的有效性。同时,用计算机仿真验证了理论上的推导。2、针对译码转发(DF, Decode-and-Forward)中继系统的信道估计算法研究。参考现已制定的标准LTE(Long Term Evolution)的导频方案,对S-R链路无线环境来说导频开销过大。S-R链路独立于用户,修改S-R链路设计模式不存在用户兼容性问题。因此,可以重新设计S-R链路的导频模式来减小导频开销,提高频谱效率,同时也不降低系统性能。本文对S-R链路所需导频开销作了评估,并以信道估计均方误差(MSE, Mean Square Error)和误码率(BER, Bit Error Rate)为评估标准,通过计算机仿真来验证所设计导频图案的有效性。3、针对AF中继系统中考虑信道估计误差的最优接收机研究。无线信道的时变性和噪声等影响,决定了实际系统中不可能获得信道的理想信息,不考虑信道估计带来的误差,会给系统的性能带来影响。本文选择的研究点是在AF系统中,存在信道估计误差,并假设信道估计误差统计特性已知情况下,终端最小均方误差(MMSE, Minimum Mean Square Error)接收机的设计。以解调后的信号比(SNR,Signal-to-Noise Ratio)为评估标准,从理论上证明了,考虑信道估计误差的MMSE接收机性能要好于普通不考虑信道估计误差的MMSE接收机性能。并通过计算机仿真验证理论上的推导。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 下一代移动通信系统要求  10-11
  1.2 下一代移动通信系统物理层核心技术:MIMO-OFDM技术  11-15
    1.2.1 OFDM技术  11-13
    1.2.2 MIMO技术  13-15
  1.3 中继协作系统概述  15-17
    1.3.1 中继协作系统发展历史与研究现状  15-16
    1.3.2 中继协作系统标准化进程  16-17
  1.4 本文的内容安排  17-18
  1.5 论文资助  18
  参考文献  18-21
第2章基于OFDM技术的信道估计概述  21-34
  2.1 离散时变信道模型  21-22
  2.2 信道估计关注的问题  22-23
    2.2.1 信道估计内容  22-23
    2.2.2 信道估计方法  23
    2.2.3 信道估计算法评估标准  23
  2.3 导频设计  23-25
    2.3.1 单天线导频模式  24
    2.3.2 多天线导频模式  24-25
  2.4 信道估计算法  25-29
    2.4.1 频域最小二乘算法(LS,Least Square)  25-26
    2.4.2 频域最小均方差算法(MMSE,Minimum Mean Square Error)  26-27
    2.4.3 基于IDFT变换的噪声抑制算法  27-28
    2.4.4 时域LS算法  28-29
  2.5 插值问题  29-31
    2.5.1 线性插值  29-30
    2.5.2 复制插值  30
    2.5.3 DFT插值  30
    2.5.4 其它插值算法  30-31
  2.6 仿真结果与性能比较  31-32
    2.6.1 仿真参数  31
    2.6.2 仿真结果以及讨论  31-32
  参考文献  32-34
第3章中继系统中的信道估计研究  34-54
  3.1 中继协作系统中信道估计问题概述  34-36
    3.1.1 AF中继系统信道估计关注的问题  34-35
    3.1.2 DF中继系统信道估计关注的问题  35-36
  3.2 AF中继分离两跳链路状态信息的方案设计  36-44
    3.2.1 系统模型与导频结构  36-37
    3.2.2 信道估计算法  37-42
    3.2.3 仿真结果与讨论  42-44
  3.3 DF中继中回程链路下行CRS设计  44-52
    3.3.1 LTE中原有的下行CRS模式  44-45
    3.3.2 两种设计方案  45-46
    3.3.3 仿真信道选择及仿真参数  46-47
    3.3.4 仿真结果  47-51
    3.3.5 仿真评估结论  51-52
  参考文献  52-54
第4章基于非理想信道估计的MMSE接收机设计  54-62
  4.1 系统模型  54-56
  4.2 非理想CSI上的MMSE接收机  56-58
    4.2.1 带有信道估计误差的数学模型  56
    4.2.2 MMSE接收机  56-57
    4.2.3 非理想信道状态下MMSE接收机的SNR分析  57-58
  4.3 SNR性能比较  58-59
  4.4 仿真结果和讨论  59-61
  参考文献  61-62
第5章总结与展望  62-64
  5.1 论文小结  62-63
  5.2 后继工作展望  63
  参考文献  63-64
致谢  64-66
附录缩略语对照  66-70
硕士期间发表的论文及提案  70

基于OFDM技术中继系统中的信道估计算法研究

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