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由于具有信道频谱利用率高、实现容易(可采用快速傅立叶变换)和接收机结构简单(频域单抽头均衡)等优点,正交频分复用(OFDM)技术在很多领域得到了广泛应用,包括:非对称双绞线高速接入(ADSL)、数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、无线局域网技术标准IEEE802.11a和宽带无线接入技术标准802.16等,并被纳入第四代移动通信参考标准。当OFDM系统载波频率不是很高,且终端的移动速度不是很快时,通常可认为信道特性在一个OFDM符号周期内不变化或变化很小(缓变),采用足够长的循环前缀(CP)(大于信道的记忆长度)可使OFDM符号间干扰(ISI)为零、载波间干扰(ICI)为零或很小,接收机可采用频域单抽头均衡来补偿信道失真。 由于OFDM信号频谱重叠,因此对定时和频率偏差较敏感。未来无线OFDM通信系统的载波频率更高,载波数量更大,用户移动速度更快,导致信道的时变特性更加明显。此时,信道在一个OFDM符号周期内不变化或变化很小(缓变)的假设不再成立,信道的快速变化导致OFDM系统载波间的正交特性遭到破坏,出现载波间干扰(ICI),系统性能明显降低。为了解决这个问题,通常需对接收信号进行ICI消除,以恢复载波间的正交性。本论文的主要研究内容是时变信道的仿真与分析、OFDM系统时变信道估计、信道变化所引起的ICI的分析与消除,时变信道中的OFDM系统均衡等问题。作者所做工作及创新点如下: 1. 信道特性在很大程度上影响无线通信系统性能。无线通信信道具有时间选择性和频率选择性等衰落特性,研究这些特性及信道的仿真实现方法对无线 OFDM 通信系统的设计与性能分析具有重要意义。根据时间延迟线(TDL)模型,本文讨论了基于多速率滤波和内插处理的快变信道仿真方法,给出了其仿真实现过程及其仿真实验结果,该方法具有计算量小和实现容易的优点,为时变信道中的 OFDM 系统的 ICI分析、消除和均衡器设计与性能分析奠定了基础。 2. ICI 的定义及传统的分析均在频域进行,但频域分析对信道时间变化所引起的ICI 的产生机理分析不够深入,且由于频域转移矩阵为非稀疏的,在此基础上提出的 I<WP=5>ICI 消除算法存在计算量大或频谱利用率低的缺点。为此,本文对时变信道中的 OFDM系统的ICI产生机理和性质进行了时域和频域两方面的分析,得出如下重要结论:(1)在一个 OFDM 符号周期内,接收期望信号(无 ICI)由时变信道在该周期内的平均冲击响应决定;(2)ICI 分量由信道冲击响应与该平均值之差(偏移量)决定,如果信道参数在一个 OFDM 符号周期内不变化,则 ICI 分量为零。 3. 在 ICI 分析基础上提出了一种高效 ICI 消除算法,即时域迭代消除法。理论分析和计算机仿真结果表明:该算法具有消除效果较好、计算量较小(o(N),其中,N为 OFDM 系统的载波数量)和频带利用率高等优点。 4. 由于信道的快速变化,OFDM 系统存在明显的载波间的相互干扰(ICI),传统的信道估计方法(不考虑 ICI 影响)的性能大大降低。为此,Choi 等人提出了相应的时变信道的最小均方误差(MMSE)估计方法,但该方法计算量较大,且需要信道的统计特性知识,而实际信道的统计特性往往无法精确得到,且随时间变化,因此,该方法的实用价值受到限制。Linartz 等人证明:在大多数实际应用条件下(归一化多普勒频移小于 0.2),信道在一个 OFDM 符号周期内的变化近似满足线性规律。利用信道变化的这一线性特性,本文提出了一种新的快变信道估计方法,该方法直接估计信道的时域冲激响应。由于信道的时域冲激响应参数比其频域响应参数少得多,因此该方法的计算量较小,另外,该方法不需要信道的统计特性信息。同时,我们还对训练序列的最佳分布进行了探讨,得到如下结论:与慢变信道情形不同,在信道快速变化条件下,当 OFDM 系统中的训练序列分成许多长度相同的组,且这些组在 OFDM帧中等间隔分布时,信道估计误差最小。 5. 当信道参数快速变化时,OFDM 系统存在明显的载波间的相互干扰(ICI),传统的单抽头频域均衡器不再适用。虽然可采用最小均方误差(MMSE)均衡方法来补偿信道失真,但其计算量太大(> O(N3),其中,N 为 OFDM 系统的载波数量)。为此,常用的方法是:先对接收信号进行 ICI 消除,恢复载波间的正交性,然后再进行单抽头频域均衡。另外,在现有的 OFDM 协议标准中,存在一些空闲载波,它们分布在频域帧的最前面或最后面,用来防止相邻频道 OFDM 系统间的相互干扰。虽然这一空闲载波信息非常有用,但在现有的均衡器设计中并没加以利用。本文利用这 II<WP=6>些空闲载波信息,提出了一种适用于时变信道 OFDM 系统的均衡器结构,该均衡器具有稀疏矩阵结构。本文还对均衡器参数的最小均方误差优化设计进行了探讨。理论分析和计算机仿真结果表明:该算法具有 ICI 消除与均衡效果良好、计算量适中和频带利用率高等特点。6. 提出了一种基于子空间的 OFDM 的信道盲估计算法,具有如下优点:(1)计算量相对较小,(2)该算法能适于循环前缀不足的 OFDM 系统,(3)该算法在低信噪比(SNR)条件下具有较好的性能,(4)该算法在信道阶数过估计的条件下依然具有良好的性能,(5)该算法考