OFDM系统中单用户间子载波与功率分配算法的研究文献综述

 2022-07-17 05:07

论文题目:OFDM系统中单用户间子载波与功率分配算法的研究

  1. 研究的目的及意义

现代社会已步入信息时代,在各种信息技术中,信息的传输即通信起着支撑作用。世界各国都在致力于现代通信技术的研究和开发,而无线通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。今天,无线通信已经成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一,而人们对无线通信业务的需要的迅速增加是无线通信技术的根本推动力。上个世纪80年代中期产生的全球移动电信系统(Globalensp;Systemensp;forensp;Mobileensp;Telecommunication,ensp;GSM)和90年代初提出的窄带码分多址(Codeensp;Divisionensp;Multipleensp;Access,ensp;CDMA)通信系统是第二代移动通信技术,满足了人们较高质量的语音业务和低速率的数据业务要求。随着人们对通信业务类型要求的不断扩大,对通信速率的要求不断提高,已有的第二代移动通信网已经不能满足新的业务需求;为此,本世纪初,人们制定了以宽带CDMA技术为核心的第三代移动通信网标准WCDMA,ensp;cdma2000和TD-SCDMA。目前,研究人员把目光投向三代以后(Beyondensp;3G,ensp;B3Gensp;)和第四代(4G)无线通信系统的技术研究,研究主要目标是高速Internet无线接入和高质量数字多媒体信息无线传输等方面的应用,而此类业务的一个共同点是要求高速无线信息传输。正交频分复用(Orthogonalensp;Frequencyensp;Divisionensp;Multiplexing,ensp;OFDM)技术和正交幅度调制(Quadratureensp;Amplitudeensp;Modulationensp;,QAM)相结合在高速无线传输中具有许多优势,B3G和4G系统中已将OFDM技术列为备选物理层标准。最近几年,研究人员针对OFDM技术在无线通信系统中的应用提出许多理论和技术基础。ensp;

ensp;OFDM技术是一种多载波传输技术,其主要特点是把高速的信息分割到多个正交子载波上并进行低速传送;由于子载波互相交叠和正交,它们可以独立并行传送信息符号而不互相干扰,同时保持较高频谱利用率。OFDM系统一方面提高了对时域脉冲噪声的鲁棒性;另一方面,基于块传输技术的OFDM技术在每个OFDM信息符号之间加上保护间隔(Timeensp;Intervalensp;Guard,ensp;TGIensp;),只要保护间隔的长度大于信道冲激响应(Channelensp;Impulseensp;Response,ensp;CIR)的最大时延扩展,系统的所有子载波之间的正交性在通过信道之后就能够得到保持。OFDM这种基于块传输的正交多载波传送方式使它具有抗符号间串扰(Inter-symbolensp;Interference,ensp;ISI)能力,同时也可以将信道均衡从复杂的时域处理转化到简单易行的频域处理。在OFDM系统中,系统可以根据子载波的工作环境在子载波间灵活应用自适应调制技术、自适应功率分配技术等,来进一步提高系统的传输效率和传输性能。ensp;

ensp;ensp;随着现代移动通信系统的发展,为了实现高速信息的传输,人们开始研究多载波调制技术。人们开始研究多载波调制技术。正交频分复用(Orthogonalensp;Frequencyensp;Divisionensp;Multiplexing,ensp;OFDM)技术就是在此基础上发展起来的一种基于数字信号处理技术的并行数字传输方式。OFDM技术以其较高的频谱利用率和信息传输效率,以及较强的抗多径衰落的能力在无线通信领域得到广泛的应用。OFDMensp;(正交频分复用)技术最早提出于20世纪60年代,当时的实际应用是军用无线高频通信链路。近年来,由于DSPensp;(数字信号处理)技术飞速发展,OFDM作为一种可有效对抗码间干扰、频谱利用率高的高速传输系统,引起人们广泛关注。作为OFDM技术的关键之一,信道估计的好坏直接影响整个系统的性能。目前常用的信道估计算法主要有导频信道估计和盲信道估计两种。ensp;

信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程。如果信道是线性的话,那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计,所谓信道估计,就是信道对输入信号影响的一种数学表示。而好的信道估计就是使得某种估计误差最小化的估计算法。综上所述研究OFDM系统中信道估计有着极其重要的意义。ensp;ensp;

虽然OFDM系统有很多特有的优点,但由于其特殊的结构,使得该系统也存在一些缺点。一是高峰均功率比给信号带来畸变,使叠加信号的频谱发生变化,从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏,产生相互干扰,使系统性能恶化;二是OFDM系统对定时和频率偏移敏感。当OFDM接收到的信号具有载波频率偏移时,载波频率偏移会引起子载波间干扰ensp;(ensp;ICI)ensp;,降低子信道之间的正交性,从而降低整个系统的性能。ensp;

由于无线信道传播环境比较恶劣,地理环境复杂和多样,用户移动的随机性和多径传播等现象的存在,会对通过信道传输的OFDM信号产生影响,使信号幅度发生衰减、频率发生偏移和相位发生旋转,破坏信号的正交性,产生符号间干扰ISI和ICI。不断提高的数据传送速率也给无线接入系统提出了更高的数据传送要求,如抗频率选择性衰落,抗符号间干扰(ISI)等。虽然OFDM技术本身有对抗多径衰落的机制,但这不足以保证完全消除ISI和ICI,而OFDM对系统频率偏移非常敏感,从而使得在接收端接收到的信号产生失真,不能正确解调出发射数据,降低整个系统的性能。ensp;

为了提高系统的性能,就必须确保信号的正交性,防止ISI和ICI。通常有三种方法能够抵抗ISI和ICI:一是数据交织,二是信道编码,三是信道估计和均衡。这三点在OFDM系统中通常都会采用,本文就是对第三种方案进行研究的。这是因为信道传播环境恶劣,会严重影响通信系统的性能,即使系统中加入数据交织模块和信道编码模块,也不能完全消除信道的影响,尤其移动无线传输信道,它是一个时变的多径衰落信道,对信道中传输的发送信号影响很大,这将使得系统的整体性能大大下降。为了使发送数据经过信道衰落后,在接收端被正确接收,数据所经历的信道衰落影响应被合理补偿,无线通信系统必须加入信道估计与均衡模块。信道估计技术,作为获得信道衰落参数的手段,是提高无线数据传输接收性能的关键技术之一。因此,对信道进行估计和均衡的研究是非常必要的,也是相当关键的。

信道估计的意义就在于通过信道估计方法得到信道的时域或者频域的冲激响应,为接收机正确解调原始信号提供信道信息,消除或者减弱时变多径信道对信号传输的影响。同差分解调相比,带有信道估计的数据符号辅助相干解调可增加2.5~3dB的信噪比增益,还可以利用频带利用率高的多电平调制技术(如M-QAM);此外,信道估计还能为空时码解码以及多用户检测、最大比分集合并等技术提供所需的信息,尤其在无线数据分组通信中,由于常常需要获得每个数据包经历的信道状态,信道估计扮演了至关重要的角色。ensp;

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