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LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法

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兵工学报 2023年

作者：李佳宣丁旭辉杨凯代计博卜祥元安建平北京理工大学信息与电子学院北京航天自动控制研究所宇航智能控制技术国家级重点实验室北京理工大学网络空间安全学院

信道频率选择性衰落较强的环境下，传统正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)非盲信道估计与均衡方法的系统误码性能(Bit Error Rate， BER)较差，且需要在信号中增加导频符号的插入，降低系统吞吐量。针... 详细信息

信道频率选择性衰落较强的环境下，传统正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)非盲信道估计与均衡方法的系统误码性能(Bit Error Rate， BER)较差，且需要在信号中增加导频符号的插入，降低系统吞吐量。针对上述问题，提出一种低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check， LDPC)编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法。将LDPC编码增益引入判决反馈回路中，以提升收敛性，在插入极少导频符号的条件下达到渐进非盲信道估计与均衡方法的性能。另外提出一种基于条件最大似然(Conditional Maximum Likelihood， CML)原则的信道估计改进算法，以恒虚警原则检测有效抽头信号以提高信道估计精度，并且能够与判决反馈信道估计与均衡方法相结合，进一步提升算法性能。仿真结果表明，在仿真所选用的信道环境下，LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法相比传统判决反馈方法具有11～13 dB的误码性能提升，具有优秀的系统误码性能和鲁棒性。

关键词：正交频分复用多径信道信道估计与均衡判决反馈条件最大似然估计

快速时变无线信道下基于深度学习的信道估计、均衡与预测

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快速时变无线信道下基于深度学习的信道估计、均衡与预测

作者：高嘉和华南理工大学

学位级别：硕士

第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication,5G)应用中的高速移动及信道快速时变场景业务的需求越来越大,由此导致导频开销的增加,同时,高速移动伴随的多普勒效应也导致了通信性能的下降。针对上述应用需求提出有效获取准确... 详细信息

第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication,5G)应用中的高速移动及信道快速时变场景业务的需求越来越大,由此导致导频开销的增加,同时,高速移动伴随的多普勒效应也导致了通信性能的下降。针对上述应用需求提出有效获取准确信道信息且减少通信资源开销的方法具有重要的意义。为此,本文分别研究高速移动或者信道快速时变的场景下同一时隙内以及不同时隙间准确获取信道信息的方法:基于深度学习的信道估计与均衡方法和信道预测方法。主要的完成工作如下:一方面,针对同一时隙内准确获取信道信息的问题,设计了一种基于深度卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的信道估计与均衡方法,用一个神经网络替换传统5G系统中的信道估计与信道均衡模块。本设计对于单一信道场景和混合信道场景分别提出了层数规模较小和较大的两种深度卷积神经网络,以匹配不同信道场景的性能与复杂度。为了充分利用接收信息,神经网络的输入利用了参考符号及其最小二乘估计;网络的输出为接收比特的对数似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR),较好地兼容了5G通信系统。仿真结果表明,所提出的方法使用较少的参考符号达到了较好的性能,并对于不同的多普勒频移与不同阶数的调制方式的适应性较强。进一步,本文研究了所提出的深度卷积神经网络在实测数据集中的性能。为了解决实测数据集采集困难的问题,本文提出使用迁移学习的方法,利用较少的实测数据对仿真数据训练完的深度卷积神经网络进行精调,实现了仿真数据训练模型向实测数据训练模型的迁移。实验结果表明,所提出的深度卷积神经网络在实测数据集中具有较好的性能且训练开销较小。另一方面,针对不同时隙间准确获取信道信息的问题,设计了一种基于深度时间卷积神经网络的信道预测方法,利用因果卷积与空洞卷积提取历史的信道状态信息(Channel State Information,CSI)的时间相关性来预测未来的CSI。本文分别使用仿真生成的原始信道矩阵系数和实测采集的信道质量指示数据作为CSI数据集,分别验证了所提方法的性能。仿真结果表明,所提方法在这两种数据集下都具有较好的预测性能。

关键词：深度学习信道估计与均衡信道预测快速时变信道迁移学习

基于TDS-OFDM系统的迭代信道估计与均衡方法

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清华大学学报（自然科学版） 2009年第11期49卷 1891-1895页

作者：伍凌智王劲涛王军宋健清华大学电子工程系北京100084 清华信息科学与技术国家实验室北京100084

以中国地面数字多媒体广播(DTMB)国家标准为背景,提出了一种适用于时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)系统的迭代信道估计与均衡方法。首先通过数学推导,对该方法的步骤和细节进行了分析和描述;然后给出了该方法在硬件实验平台上的仿真结... 详细信息

以中国地面数字多媒体广播(DTMB)国家标准为背景,提出了一种适用于时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)系统的迭代信道估计与均衡方法。首先通过数学推导,对该方法的步骤和细节进行了分析和描述;然后给出了该方法在硬件实验平台上的仿真结果以及实地测试的结果。结果表明,该方法能够有效跟踪各种复杂无线多径信道的变化,并利用信道估计结果对信号进行均衡,在很大程度上消除多径效应带来的不利影响,保证正常接收。

关键词：信道估计与均衡地面数字多媒体广播(DTMB) PN序列时域同步正交频分复用(TDS—OFDM)

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无线传感网OFDM系统中信道估计与均衡技术的算法设计

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电子器件 2013年第2期36卷 265-269页

作者：郭旻轩瞿晓奚锦程王军张萌东南大学电子科学与工程学院南京210096

无线传感网的OFDM系统中,信道估计是一项重要的技术,而传统的信道估计与均衡算法在精确度和复杂度上不尽如人意。为追求高精确度低复杂度的算法,改进了LMMSE算法,并利用循环卷积特性与DFT性质调整计算顺序,化简信道估计算法与插值算法。... 详细信息

无线传感网的OFDM系统中,信道估计是一项重要的技术,而传统的信道估计与均衡算法在精确度和复杂度上不尽如人意。为追求高精确度低复杂度的算法,改进了LMMSE算法,并利用循环卷积特性与DFT性质调整计算顺序,化简信道估计算法与插值算法。Matlab仿真结果表明,提出的算法在接收信噪比为16 dB可达到2×10-4的误码率。同时,提出的算法复杂度较LMMSE降低了73.98%。

关键词： OFDM 信道估计与均衡复杂度精确度快速算法

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DTMB多载波系统中信道估计与均衡的设计与VLSI实现

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DTMB多载波系统中信道估计与均衡的设计与VLSI实现

作者：李暄西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来，随着中国数字电视地面广播（DTMB）传输系统国家标准的制定与推广，越来越多的公司投身于DTMB产品的研发与应用。本论文重点研究了DTMB多载波系统中信道估计与均衡算法的设计及其硬件实现方法。文章首先讲述了国内外数字电视广... 详细信息

近年来，随着中国数字电视地面广播（DTMB）传输系统国家标准的制定与推广，越来越多的公司投身于DTMB产品的研发与应用。本论文重点研究了DTMB多载波系统中信道估计与均衡算法的设计及其硬件实现方法。文章首先讲述了国内外数字电视广播传输技术的发展现状。之后，介绍了中国DTMB传输标准、发射端结构及DTMB多载波系统接收机的基本原理。随后，文章介绍了DTMB接收端芯片设计中采用的一种基于PN序列重构的迭代信道估计算法。首先利用一个粗估计的信道冲激响应重构收到的帧体数据及相邻的PN序列，以得到一个更精确的信道冲激响应。再利用这个新的信道冲激响应重复以上操作。同时文章对该算法的VLSI设计方法进行了系统研究，设计模块包括：帧数据缓存、PN序列产生、初始化设计和迭代模块设计等。并且给出了主要模块的EDA仿真结果。其中，在帧数据缓存设计中，利用乒乓缓存的特点，为实现完整迭代算法功能提供了充足时序。并且利用并行传输方式缩短了系统处理一帧数据的周期。同时，利用模块复用思想降低算法实现复杂度，合理控制电路面积及功耗，达到了算法性能与硬件资源的平衡。

关键词： DTMB 多载波信道估计与均衡 VLSI实现

LTE下行系统信道估计与均衡技术的研究与实现

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LTE下行系统信道估计与均衡技术的研究与实现

作者：陈金鹏电子科技大学

学位级别：硕士

信道估计与均衡技术作为无线通信系统中一个非常重要的环节,在应对无线信道的衰落特性,保证接收端处理信息的准确性以及降低系统的误码率方面具有重要的研究意义与价值。本文针对LTE下行系统中的小区专用参考信号进行了信道估计与均衡... 详细信息

信道估计与均衡技术作为无线通信系统中一个非常重要的环节,在应对无线信道的衰落特性,保证接收端处理信息的准确性以及降低系统的误码率方面具有重要的研究意义与价值。本文针对LTE下行系统中的小区专用参考信号进行了信道估计与均衡技术的研究,并在软件无线电平台上进行了实现,全文的研究内容包括以下几个方面:1.构建了多径瑞利衰落信道的仿真模型,并利用该模型对LTE中的三种典型功率延迟谱EPA、EVA和ETU进行了三维仿真。2.对基于导频辅助的经典信道估计算法进行了研究,并针对时域滤波算法提出了一种改进的门限确立方式,仿真结果表明改进算法相对于传统的门限滤波算法有一定的性能提升。同时,还对数据位置处的插值算法与均衡算法进行了研究,通过对各算法的误码率仿真结果与算法的复杂度分析,选择了导频位置处的时域滤波算法、频域上的DFT插值算法、时域上的线性插值算法和ZF均衡算法作为在软件无线电平台上实现的算法组合。3.在USRP与GNU-Radio相结合的软件无线电平台上,对信道估计与均衡算法进行了实现。同时还针对改进的门限滤波算法、DFT插值算法、线性插值算法以及IDFT/DFT在实际应用中存在的缺陷进行了相应优化。然后在三个不同的信道环境下进行了现场测试,测试结果表明,优化后的MIB信息的解码正确率平均提升了 17%,在20dB的室内环境中达到了 99%以上,符合课题需求;同时,PBCH信道的处理时延由2.6ms缩减到了 0.51ms,满足每子帧1ms的实时性处理需求。研究和实现结果表明,本文的LTE下行系统信道估计与均衡算法的实现与优化方案在软件无线电平台上具有一定的实际应用价值。

关键词： LTE 无线信道建模信道估计与均衡软件无线电

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WiMAX中信道估计与均衡技术研究

WiMAX中信道估计与均衡技术研究

作者：龙九清北方工业大学

学位级别：硕士

WiMAX是以IEEE802.16系列标准为基础的宽带无线接入技术,支持固定、游牧、便携、简单移动和自由移动等多种场景。近年来,随着宽带无线技术的发展,WiMAX逐渐成为无线通信业界关注的焦点。它在覆盖范围,接入速度,QoS机制及安全性等方面具... 详细信息

WiMAX是以IEEE802.16系列标准为基础的宽带无线接入技术,支持固定、游牧、便携、简单移动和自由移动等多种场景。近年来,随着宽带无线技术的发展,WiMAX逐渐成为无线通信业界关注的焦点。它在覆盖范围,接入速度,QoS机制及安全性等方面具有非常突出的优势。与有线接入技术相比,WiMAX技术具有部署速度更快、扩展能力更强、灵活性更高的优点。另外,由于IEEE802.16d和IEEE802.16e的物理层核心技术都采用正交频分复用技术,因此,具有抗多径衰落能力强、频谱利用率高等特点。目前,WiMAX在欧美、日韩等国已经进入到应用阶段,在中国,中国网通和电信等运营商也进行了WiMAX的规模测试和商用。信道估计与均衡技术是WiMAX系统应用研究的关键技术,其准确程度极大地影响着系统性能,因此,本文主要对WiMAX系统中的信道估计与均衡算法进行研究,并给出WiMAX系统中的物理层仿真。在本论文中,首先根据OFDM系统原理及其基于傅立叶变换的实现,使用MatLab软件建立了基于FFT变换的OFDM系统的仿真模型,该仿真模型很好的实现了信号的发射与接收功能,仿真结果体现了OFDM技术特点。然后对OFDM系统中的信道估计算法如LS算法、MMSE算法以及插值算法等进行了研究和仿真,通过仿真结果得出,MMSE算法要优于LS算法,但是MMSE的复杂度相对要高。同时也对信道均衡算法如:ZF算法、MMSE算法等进行了研究和仿真。最后采用MatLab和DSP builder开发工具建立了基于IEEE802.16e标准的WiMAX物理层模型,在建立物理层模型中,分别给出了随机化与解随机化,编码与解码,调制与解调,导频的插入与提取,循环前缀的加入与去除等等一系列模块的实现,最终实现了WiMAX系统中的信道估计和均衡算法。

关键词： WiMAX 信道估计与均衡 LS MMSE

符号定时同步、信道估计与均衡（OFDM接收机）

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符号定时同步、信道估计与均衡（OFDM接收机）

作者：艾渤西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文介绍了正交频分复用OFDM技术的发展简史、基本原理及其优、缺点。深入研究了高清晰度数字电视HDTV中以DVB-T为标准的符号定时同步技术，在分析现有算法的基础上，提出了一种新的符号定时同步算法，并给出FPGA实现框图。Matlab仿真... 详细信息

本文介绍了正交频分复用OFDM技术的发展简史、基本原理及其优、缺点。深入研究了高清晰度数字电视HDTV中以DVB-T为标准的符号定时同步技术，在分析现有算法的基础上，提出了一种新的符号定时同步算法，并给出FPGA实现框图。Matlab仿真表明，该算法具有十分良好的性能。同时，本文对无线局域网WLAN中以IEEE 802.11a为标准的信道估计与均衡的多种算法予以对比分析，指出这些算法的优、缺点及各自应用场合;若在硬件条件允许的情况下，适当把这些算法组合，将会得到性能优越的系统。

关键词：高清晰度数字电视HDTV 无线局域网WLAN 编码的正交频分复用COFDM 符号定时同步信道估计与均衡

高铁环境中LTE上行链路信道估计与均衡算法的研究与实现

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高铁环境中LTE上行链路信道估计与均衡算法的研究与实现

作者：张宇北京邮电大学

学位级别：硕士

近几年,高铁的飞速发展满足了人们对日常出行的需求,但是也给频带有限的新一代通信系统LTE(Long Tern Evolution)的设计带来了挑战。主要原因是在列车运行过程中会带来较大的时变多普勒频移、需要不断的切换小区,同时还要满足数据高速... 详细信息

近几年,高铁的飞速发展满足了人们对日常出行的需求,但是也给频带有限的新一代通信系统LTE(Long Tern Evolution)的设计带来了挑战。主要原因是在列车运行过程中会带来较大的时变多普勒频移、需要不断的切换小区,同时还要满足数据高速传输的通信需求。高速铁路环境下如何进行精确的信道估计是LTE信道估计研究中的一个重要研究方向。信道估计作为链路中十分重要的一环,从LTE系统设计初期就对其进行了充分的考虑。为了简化接收端处理流程,在TD-LTE时隙结构中引入了导频信号,保证了接收端能够进行基于导频的信道估计。在导频信号的基础上,高铁环境中如何进行高性能的信道估计与均衡是TD-LTE上行链路处理中要改进的关键问题之一。本文的研究重点是高铁环境中TD-LTE上行链路中的信道估计算法。其中论文的主要贡献和创新包括:在讨论现有的基于LS(Least Squre最小二乘)准则信道估计、基于虚信道冲激响应(VCFR)拓展的信道估计以及基于基扩展模型(BEM)的信道估计算法等已有的信道估计算法的基础上,创新的提出了一种改进的基于基扩展模型的信道估计算法,仿真并验证了提出的改进算法的性能。设计并实现了信道估计算法在DSP平台上的实现及优化方案。信道均衡作为保证链路完整的补充部分同样完成了在仿真及DSP平台的实现与优化。在本文的提出的改进的基于基扩展模型信道估计算法中,算法的主要思路是将子帧数据分成三部分进行不同的处理,三部分别为:导频符号、导频符号内侧数据符号以及导频符号外侧数据符号。为了有效的抑制由时变多普勒频偏带来的噪声对导频序列信道估计的影响,有效的提高导频序列信道估计的精度,将原有基于基扩展模型算法中导频符号信道估计采用的LS估计算法进行替换,改为基于VCFR拓展的信道估计,为之后进行基扩展以及自回归的处理提供一个精确的基础值。然后利用基扩展模型精确模拟信道的快速变化,得到中间数据符号的冲击响应。最后通过自回归(AR)模型对导频外侧数据符号的估计值进行修正。新算法保留了现有基于基扩展模型算法能对信道变化进行很好拟合的特性,解决了其在快速时变信道中导频序列信道估计不精确的问题,仿真表明本文提出的改进的基于基扩展模型算法与原有算法相比,能够得到更为精确的信道估计结果。结合MSC8157 DSP平台特点,本文首先设计了信道估计实现的多核任务分配方案。在此基础上,充分考虑精度和运算速率的条件下设计出一套可靠的定点化方案。最终通过多种优化手段,充分压缩了信道估计处理时间。硬件平台上实验测试充分的说明了本文提出的改进算法是一种具有工程实践价值的信道估计算法。

关键词： TD-LTE 信道估计与均衡基扩展模型自回归模型虚信道冲击响应拓展多核DSP