OFDM通信系統(tǒng)的信道估計(jì)及多址技術(shù)研究.pdf

1、地面無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展促進(jìn)了衛(wèi)星通信技術(shù)的變革，集這兩項(xiàng)技術(shù)于一身的星地一體化系統(tǒng)逐漸成為未來(lái)全球移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢(shì)。正交頻分多路復(fù)用(OFDM)技術(shù)因其具有較強(qiáng)的抗多徑損耗的魯棒性和較高的頻譜利用率成為第四代(4G)移動(dòng)通信的核心技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用在地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。然而，OFDM技術(shù)在應(yīng)用中仍存在著較多的問(wèn)題，且在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中尚未有較成熟的應(yīng)用。
　　本文以星地一體化通信系統(tǒng)為應(yīng)用背景，針對(duì) OFDM技術(shù)在地面無(wú)線系統(tǒng)和衛(wèi)

2、星通信系統(tǒng)中應(yīng)用存在的問(wèn)題，進(jìn)行了深入的研究。論文從分析 OFDM技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)典信道估計(jì)算法存在的問(wèn)題入手，針對(duì)目前對(duì)系統(tǒng)收/發(fā)端性能具有較大影響的信道估計(jì)技術(shù)、抑制峰值平均功率比(PAPR)及其與信道估計(jì)的聯(lián)合技術(shù)，以及最優(yōu)星地多址接入等問(wèn)題展開(kāi)研究，以進(jìn)一步完善星地一體化系統(tǒng)的理論體系。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　一、信道估計(jì)算法和均衡技術(shù)研究。信道估計(jì)是 OFDM系統(tǒng)的核心模塊，本文對(duì)時(shí)域信道估計(jì)算法及信道響應(yīng)長(zhǎng)度估

3、計(jì)方法進(jìn)行了研究。(1)根據(jù)信道時(shí)域能量集中原理，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的門(mén)限值，利用反向檢測(cè)方法得到信道響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)值，提出了一種基于循環(huán)相關(guān)的信道沖激響應(yīng)長(zhǎng)度估計(jì)方法。理論分析表明此算法能夠提高信道沖激響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)精度，且具有較低的復(fù)雜度；論文提出了基于信道響應(yīng)長(zhǎng)度估計(jì)的時(shí)域處理循環(huán)相關(guān)信道估計(jì)算法，該算法利用帶有循環(huán)前綴的接收信號(hào)與導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行循環(huán)相關(guān)，得到粗估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，進(jìn)而得到信道沖激響應(yīng)長(zhǎng)度的判決門(mén)限值。另外，采用滑動(dòng)相關(guān)思

4、想，在綜合考慮保護(hù)間隔的情況下選取不同滑動(dòng)點(diǎn)得到信道沖激響應(yīng)值，進(jìn)而通過(guò)去噪處理得到精估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，更適于具有長(zhǎng)循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)。仿真分析和理論分析表明此算法的估計(jì)精度比原有時(shí)域處理算法有所提高，且復(fù)雜度低?；谝陨纤惴ǎ疚脑O(shè)計(jì)了一種既能夠估計(jì)信道響應(yīng)長(zhǎng)度，又能夠得到精估計(jì)信道沖激響應(yīng)的時(shí)域信道估計(jì)器結(jié)構(gòu)；(2)針對(duì)經(jīng)典信道估計(jì)算法對(duì)大時(shí)延信道產(chǎn)生混疊效應(yīng)從而使性能惡化的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的時(shí)域最小二乘算法。利用所設(shè)定的

5、門(mén)限值及搜索范圍設(shè)置，進(jìn)行信道響應(yīng)長(zhǎng)度的判定及優(yōu)化，并在經(jīng)典車載信道模型的條件下進(jìn)行了理論和仿真分析，結(jié)果表明此算法性能較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；(3)基于星地一體化思想，討論了寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)與單載波頻域均衡技術(shù)。在寬帶衛(wèi)星信道頻率選擇性衰落比較嚴(yán)重的情況下，采用頻域均衡比高復(fù)雜度的時(shí)域均衡算法更為可行。本文從單載波頻域均衡和OFDM技術(shù)差異入手，分析了具有高功放的衛(wèi)星下行鏈路采用單載波頻域均衡技術(shù)的性能，得出了

6、單載波頻域均衡在較高信噪比的條件下，能夠克服OFDM不足，且具有更強(qiáng)的抗頻率選擇性衰落能力的結(jié)論。
　　二、PAPR問(wèn)題及其與信道估計(jì)聯(lián)合的算法研究。針對(duì)OFDM系統(tǒng)中固有的PAPR問(wèn)題，本文提出了利用設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)頻圖樣及導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法所得到信道狀態(tài)信息作為邊帶信息以抑制PAPR的線性方法。該方法也是一種信道預(yù)編碼與非線性編碼相結(jié)合的方法。與現(xiàn)有方法比較，本算法不僅能提高系統(tǒng)性能，且具有較低的復(fù)雜度；另外，論文對(duì)空間段基于O

7、FDM的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的非線性及星上PAPR性能進(jìn)行了分析。在分析時(shí)，將整個(gè)損耗開(kāi)銷函數(shù)的最小值作為高功放的最優(yōu)工作點(diǎn)，提出了一種計(jì)算由星上高功放引起的非線性衰減方法，并分析了在星上非線性高功放及典型信道損耗的情況下，OFDM寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中端到端的鏈路性能。驗(yàn)證了在不同子載波調(diào)制方式下，一些典型衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的特性和星上信號(hào)的PAPR性能。
　　三、星地一體化系統(tǒng)多址方案研究。本文研究了基于OFDM技術(shù)的衛(wèi)星鏈路多址接入技術(shù)及相

8、應(yīng)的星上處理技術(shù)。討論了在未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星通信所需要做出的技術(shù)改進(jìn)；描述了在基于全 IP系統(tǒng)中衛(wèi)星通信的目標(biāo)和演進(jìn)方向，衛(wèi)星通信技術(shù)與其它傳統(tǒng)技術(shù)或后3G/4G技術(shù)相互融合必將成為衛(wèi)星通信發(fā)展的趨勢(shì)。為滿足星地一體化通信系統(tǒng)的需求，本文提出了由衛(wèi)星空間段和地面段組成，且空間段具有星間鏈路的下一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；討論了衛(wèi)星上/下行鏈路中采用基于OFDM的兩種多址接入方案，即正交頻分多址接入(OFDMA)及單載波頻分多址接