無(wú)線(xiàn)頻選衰落信道下自適應(yīng)處理技術(shù)的研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及Internet的飛速普及，人們對(duì)數(shù)據(jù)通信，尤其是對(duì)于能提供隨時(shí)隨地方便聯(lián)系的無(wú)線(xiàn)通信的傳輸速率和傳輸質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。移動(dòng)電信網(wǎng)從第一代發(fā)展到第三代，計(jì)算機(jī)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的WiFi技術(shù)的成熟，以及用于無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)(WMAN)最后一公里的WiMAX技術(shù)的火熱研究，都表明無(wú)線(xiàn)通信在近十年以及未來(lái)經(jīng)歷了也將一直要經(jīng)歷的飛速發(fā)展。 眾所周知，無(wú)線(xiàn)通信的信道相對(duì)復(fù)雜，帶寬限制、傳播損

2、耗、時(shí)變特性、噪聲、干擾、多徑衰落這些信道特點(diǎn)都制約著無(wú)線(xiàn)通信達(dá)到高的傳輸速率和可靠的通信性能。在如此惡劣的信道環(huán)境下，需要新一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)來(lái)支持通信過(guò)程。 本文主要研究無(wú)線(xiàn)頻選衰落信道下的自適應(yīng)處理技術(shù)。在無(wú)線(xiàn)高速傳輸系統(tǒng)中，頻率選擇性會(huì)引起符號(hào)間干擾(ISI)，嚴(yán)重的ISI將導(dǎo)致通信無(wú)法進(jìn)行。抵抗ISI的傳統(tǒng)技術(shù)是均衡技術(shù)，有效自適應(yīng)均衡器的設(shè)計(jì)是無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)接收機(jī)中的重要內(nèi)容。在超高速系統(tǒng)中，自適應(yīng)均衡器接收機(jī)非常復(fù)雜。目前

3、認(rèn)為解決信道頻率選擇性問(wèn)題的最好的技術(shù)是正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。在寬帶無(wú)線(xiàn)接入領(lǐng)域采用OFDM技術(shù)是發(fā)展的趨勢(shì)，OFDM將成為未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。在WLAN和WMAN的空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11和IEEE802.16都采用OFDM技術(shù)。 通過(guò)研究傳統(tǒng)均衡技術(shù)，針對(duì)高速系統(tǒng)，本文提出了一種有效的判決反饋均衡器(DFE)實(shí)現(xiàn)方案。和傳統(tǒng)的DFE相比，提出的DFE考慮了高速信道的稀疏特性，通過(guò)對(duì)抽頭系數(shù)的分組和清零

4、來(lái)解決這類(lèi)信道下的噪聲積累問(wèn)題。在降低均衡器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的同時(shí)，可獲得較好的性能。本文首先分析了傳統(tǒng)DFE的輸出會(huì)受抽頭噪聲積累的影響，這也是提出的DFE可提高系統(tǒng)性能的理論依據(jù)。并通過(guò)仿真結(jié)果表明提出的DFE可以用低的計(jì)算復(fù)雜度獲得好的性能，可適用于高速系統(tǒng)，如高清晰度電視(HDTV)和寬帶移動(dòng)通信。 OFDM結(jié)合多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是目前的研究重點(diǎn)之重。MIMO技術(shù)是近年來(lái)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)上的一個(gè)重大突破。它綜合了分集技術(shù)

5、和現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，可以得到好的頻譜利用率。它的主要理論基礎(chǔ)是在復(fù)雜的環(huán)境下，多徑信道中不同的路徑彼此不相關(guān)。MIMO-OFDM具有比單純的OFDM、單純的MIMO更強(qiáng)的抗干擾能力、更高的系統(tǒng)容量。在無(wú)線(xiàn)通信的頻選衰落信道下，MIMO-OFDM可以贏得高數(shù)據(jù)速率和大系統(tǒng)容量而不必增加額外的功率或者帶寬。而自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)是通過(guò)調(diào)整信號(hào)的發(fā)射參數(shù)，如調(diào)制階數(shù)，發(fā)射功率大小，編碼率來(lái)自適應(yīng)跟蹤信道的變化，可用于在固定和無(wú)線(xiàn)通信中，來(lái)提高傳輸速

6、率和頻譜利用率。WiMAX系統(tǒng)中就支持自適應(yīng)調(diào)制分配技術(shù)。傳統(tǒng)的自適應(yīng)分配方法是以最大化系統(tǒng)容量為目標(biāo)時(shí)，采用注水法，自適應(yīng)給每個(gè)子信道分配功率和比特流。本文考慮實(shí)際通信系統(tǒng)的要求，在通信上層傳輸速率和誤碼率要求一定的情況下，以最小化發(fā)射功率為目標(biāo)，在發(fā)射端根據(jù)子信道傳輸特性自適應(yīng)給每個(gè)空間子信道分配傳輸比特，發(fā)射功率。這樣既能夠充分滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)帶寬和服務(wù)質(zhì)量的需求，又能夠最大限度的利用MIMO-OFDM系統(tǒng)的空間復(fù)用增益，獲得了好的頻譜

7、效率，節(jié)省了發(fā)射功率。在分配過(guò)程中，首先采用拉格朗日直接求解的方法，得到各個(gè)子信道的分配比特和功率，計(jì)算簡(jiǎn)單直接。在求解過(guò)程中因分配的比特?cái)?shù)取整會(huì)引入誤差，可應(yīng)用直接比較法達(dá)到目標(biāo)傳輸速率。隨后提出自適應(yīng)迭代的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)解決比特取整誤差問(wèn)題，在求解的同時(shí)，給出了理論證明，提出的算法具有計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，并可以小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能要求。 在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)中，手持設(shè)備受體積限制，一般采用單天線(xiàn)，基站設(shè)備采用多天線(xiàn)，也就是單

8、輸入多輸出(SIMO)或多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，智能天線(xiàn)，也就是自適應(yīng)波束形成受到了廣泛的研究。OFDM技術(shù)可以從根本上解決寬帶無(wú)線(xiàn)通信存在的多徑衰落和時(shí)延擴(kuò)展對(duì)系統(tǒng)性能的影響，而智能天線(xiàn)技術(shù)被認(rèn)為是解決同信道干擾(CCI)的重要技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)存在干擾甚至強(qiáng)干擾時(shí)，使用智能天線(xiàn)技術(shù)能夠抑制干擾，降低通信系統(tǒng)誤碼率，提高性能，擴(kuò)大系統(tǒng)容量。因此，在寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，可以把OFDM技術(shù)和智能天線(xiàn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)高速可靠的

9、數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于一個(gè)智能天線(xiàn)-OFDM系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)是波束形成，也就是接收端信號(hào)的空間處理。這可以分別在時(shí)域和頻域處理，即在傅立葉變換(FFT)之前和之后進(jìn)行加權(quán)，稱(chēng)為Pre-FFT波束形成和Post-FFT波束形成。波束形成算法可以基于不同的準(zhǔn)則進(jìn)行。本文研究了在兩種波束形成系統(tǒng)中采用最小均方誤差(MMSE)方法，RLS和最小誤比特率(MBER)的方法的系統(tǒng)性能，證明了基于MBER的濾波方法比MMSE可以得到更低的系統(tǒng)誤碼率。文中首先

10、提出了一種基于MBER準(zhǔn)則的Post-FFT頻域自適應(yīng)波束形成器，該技術(shù)在波束形成算法中，直接以最小化誤比特率(BER)為約束優(yōu)化求解權(quán)向量。最終應(yīng)用此算法可以在解決寬帶無(wú)線(xiàn)通信同信道干擾的同時(shí)，獲得更好的系統(tǒng)誤碼率性能。與同樣條件下，和使用MMSE準(zhǔn)則的自適應(yīng)波束形成器相比，能更準(zhǔn)確的跟蹤期望用戶(hù)，系統(tǒng)誤碼率也更低。為了降低計(jì)算復(fù)雜度，隨后本文研究了Pre-FFTOFDM系統(tǒng)中的RLS和MBER陣列接收機(jī)。自適應(yīng)RLS波束形成器充分利