基于BEM的快时变信道估计算法研究

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随着新型智能终端的兴起和交通系统高速化、密集化的发展,新一代的移动通信系统不仅要支持高速率数据传输,更要支持高移动性,这给容量受限的新一代无线通信系统设计带来了新的挑战。为了满足高速移动下的高速率数据可靠传输的需求,新一代通信系统如LTE系统采用单载波频分复用多址(SC-FDMA)和正交频分复用多址(OFDMA)技术,在提升频谱利用率和网络吞吐量,有效降低信息传输过程中的符号间干扰,抵抗无线环境带来的多径时延和多普勒频移等方面较之前技术有了明显提升。但是,在高速移动环境下,大的多普勒频移使无线信道快速变化呈现出时间选择性衰落特性,导致系统子载波之间的正交性遭到破坏,引入载波间干扰,大幅增加了相关接收机信道估计技术的设计难度。本文对高速移动环境下SC-FDMA/OFDMA系统的快时变信道估计问题进行了深入的分析和研究,具体研究成果如下:1.围绕SC-FDMA系统的快时变信道估计技术,针对常规插值算法估计精度低,而基于BEM的信道估计算法估计精度高但计算复杂度也高的问题,提出了两种基于BEM的低复杂度信道估计算法:1)通过利用信道的时频域特性,简化时域信道矩阵到频域的变换公式,提出一种简化时-频域转换的BEM信道估计算法;2)通过推导出基系数与频域信道响应的数学关系式,根据该关系式可利用估计出的基系数直接得到频域信道响应,提出一种基系数-频域响应的简化BEM信道估计算法。两种算法相比传统BEM信道估计算法,计算复杂度从?(7)N 3(8)降到?(7)N(8)。仿真结果表明,在速度为450km/h的扩展车辆信道模型下,两种算法性能相差无几,同时相比传统BEM算法在BLER为10-4时性能损失仅约0.3dB,而同等条件下,传统插值方法在BLER为10-1便出现错误平层。2.研究OFDM系统的快时变信道估计技术,考虑到级联一维插值(2?1D)算法在快时变信道中性能恶劣,迭代信道估计算法和基于BEM的信道估计算法估计精度高同时计算复杂度也高等问题,提出了一种基于简化BEM的快时变信道估计算法。提出算法推导出基系数与频域信道响应的直接关系式,与1中的算法二不同的是,该关系式可用于基系数的估计中,降低估计基系数所需的计算复杂度,继而利用该关系式得到所有符号的频域信道响应。所提算法避免了传统BEM算法中繁多的矩阵运算,使计算复杂度从?(7)N 3(8)降到?(7)N(8)。仿真结果表明,在速度为450km/h的扩展车辆信道模型下,在BLER为10-3时,提出算法相比传统BEM算法的性能损失小于0.1dB,相比2?1D算法有1dB的性能提升。
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