OFDM系统信道估计算法优化与多用户传输方案设计

• 作 者: 朱志伟
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 信道估计 压缩感知 多用户检测 串行干扰消除

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术是当代移动通信系统中被广泛采用的技术之一,可以有效的对抗多径衰落和时延弥散的影响,并且提供较高的码元传输速率和频带利用率。但是由于信道的复杂性和时变性,信道估计性能恶化会导致接收端性能的降低。现有的OFDM信道估计算法,或者是算法的性能优越但是复杂度太高导致硬件无法支持,或者是算法实现简单但是接收性能一般。因此如何在保证工程可实现的条件下,提升算法的性能是一个研究的难题。同时为了满足通信系统大容量的需求,结合OFDM系统和多用户同时同频传输数据的应用场景,设计了一套多用户传输的接收端检测系统。基于此,首先本文针对频域最小二乘信道估计(Least Square,LS)算法中噪声干扰问题。设计基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)和阈值的前导估计去噪的算法,利用硬件平台和现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)验证该算法工程实现的可行性和性能。针对最小均方误差估计(Minimum Mean Squared Error,MMSE)算法复杂度太高的问题,利用前导辅助数据设计了低复杂度的线性最小均方误差(Linear Minimum Mean Squared Error,LMMSE)算法,通过硬件平台验证该算法的性能。最后设计了前导和导频联合信道估计的算法,提升接收机的灵敏度性能。然后,利用OFDM系统中信道稀疏性的特点,设计了一种基于前导的修正自适应正交匹配追踪压缩感知的信号估计算法。该算法在先前的压缩感知信道估计算法的基础上,优化压缩感知信号重构算法中的输入信号,提升了信道估计的准确性。同时针对未知信道稀疏度的场景,提出一种自适应的信道稀疏度估计算法,从而实现在未知稀疏度的信道场景下具有和已知稀疏度场景下一致的信道估计准确性。最后,针对正交多址技术无法满足多用户下系统容量的问题,基于功率域的非正交技术,针对两个用户同时同频传输的场景,分别设计了发送端和接收端的处理流程,重点对接收端串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)过程的同步、信道估计、解调进行优化设计,保证每个用户信息的正确接收。基于硬件平台验证方案的可行性,工程测试表明在合适传输距离范围内可以准确完成对两个用户信息的接收。