基于移动WiMAX-OFDMA系统的信道估计算法研究

摘要

基于IEEE802.16e标准的移动WiMAX(WorldwideInteroperatingblityforMicrowaveAccess)技术是目前普遍关注的一种宽带无线接入技术，它选用正交频分多址接入(OFDMA)作为其物理层核心技术。OFDMA技术兼具了OFDM技术有效对抗多径干扰和频谱利用率高的特点，并且它能通过灵活的子载波分配方式，动态的分配时频资源块，实现时频资源共享及多用户接入。 OFDMA系统通常采用相干检测，而相干检测需要知道每个子载波上的精确信道频域响应(CFR)，因此信道估计对整个OFDMA系统性能就显得至关重要。同时，由于移动WiMAX系统要求对中高速信道场景的支持，这也对OFDMA系统的信道估计技术提出了更高的要求。因而，本文重点研究了移动WiMAX-OFDMA系统中的信道估计技术。论文的主要工作如下： 1.深入研究OFDM的基本原理。在此基础上，结合移动WiMAX物理层标准(IEEE802.16e协议)，详细分析了OFDMA下行系统的多址接入原理、发送流程、帧结构和子载波分配方案，并介绍了仿真使用的物理层链路等内容。 2.研究了OFDMA系统中基于导频辅励的经典信道估计算法。重点分析了基于频域插值拟合的系列算法，基于最大似然(ML)准则的算法和基于最小均方误差(MMSE)准则的系列算法，并在移动WiMAX下行帧结构以及基于簇的导频插入方式下，分别讨论了各种算法的性能优劣和适用场景。同时，在基于簇的导频插入方式基础上，提出准梳状导频模式的算法思想，并将该思想与频域插值拟合算法和最大似然算法相结合，进行了算法的优化，最后通过仿真验证了优化算法的有效性。 3.提出了一种基于非均匀分布导频的DFT插值改进算法。由于移动WiMAX下行PUSC模式中导频非均匀分布并且带有虚拟子载波，因而无法直接利用DFT插值算法。此处利用频域相邻子载波的强相关性，进行一种工程上的近似相等处理，以变换为近似均匀分布的导频结构。迸向可以结合一种带虚拟子载波信道估计的DFT插值算法，通过抑制系统中虚拟子载波上能量的损失来提高信道估计性能。仿真结果也表明，该改进算法中所做的导频均匀化处理是有效的，并且获得了较好的信道估计性能，证明其在移动WiMAX下行系统中具有一定的工程实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、符号说明

声明

第1章 绪论

1.1.宽带无线接入技术概述

1.2.移动WiMAX技术简介

1.2.1.WiMAX技术的标准化进展

1.2.2.移动WiMAX系统的关键技术

1.3.OFDM/OFDMA技术介绍

1.4.OFDM信道估计研究现状

1.5.论文主要工作和内容安排

第2章 移动WiMAX的OFDMA物理层规范

2.1.OFDM系统原理

2.1.1.OFDM系统基本结构

2.1.2.OFDM系统基带数学模型

2.1.3.OFDM系统中的虚拟子载波

2.2.基于IEEE802.16e协议的OFDMA系统

2.2.1.OFDMA基本理论及系统参数

2.2.2.OFDMA系统帧结构

2.2.3.OFDMA子载波分配机制

2.3.宽带无线接入信道

2.3.1.无线信道特性及模型

2.3.2.ITU信道模型及仿真

2.4.本章小结

第3章 移动WiMAX系统的经典信道估计算法

3.1.导频插入样式与最小二乘(LS)信道估计

3.1.1.导频信号设计与选择

3.1.2.移动WiMAX的下行PUSC数据区导频模式分析

3.1.3.最小二乘(LS)信道估计

3.2.基于频域插值拟合的信道估计算法

3.2.1.线性插值(linear)算法

3.2.2.二阶多项式拟合(gaussian)算法

3.2.3.三次样条插值(spline)算法

3.2.4.准梳状导频模式下的插值算法优化

3.2.5.仿真结果与性能分析

3.3.基于不同准则下的信道估计算法

3.3.1.基于变换域的最大似然(ML)准则算法

3.3.2.基于最小均方误差(MMSE)准则的频域算法

3.3.3.频域奇异值分解(SVD)简化算法

3.3.4.二维维纳滤波算法

3.3.5.仿真结果与性能分析

3.4.本章小结

第4章 移动WiMAX系统的改进信道估计算法

4.1.一种基于非均匀分布导频的DFT插值改进算法

4.1.1.算法思想

4.1.2.算法描述

4.1.3.仿真结果及分析

4.2.本章小结

第5章 总结与展望

5.1.本文工作总结

5.2.进一步研究方向

5.3.结语

致谢

附录

参考文献

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