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基于BEM的非平稳双选信道估计方法

电子学报 2019年第1期47卷 204-210页

作者：沈轩帆廖勇代学武刘凯王丹重庆大学通信与测控中心重庆400044 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 信息物理社会可信服务计算教育部重点实验室重庆400044 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

面向高速环境下的无线通信系统,针对高速信道的双选衰落和非平稳特性,提出一种基于基扩展模型(Basis Expansion Model,BEM)的贝叶斯滤波的信道估计方法.针对双选衰落特性,采用BEM信道模型,降低估计复杂度,消除子载波间干扰;针对非平稳特... 详细信息

面向高速环境下的无线通信系统,针对高速信道的双选衰落和非平稳特性,提出一种基于基扩展模型(Basis Expansion Model,BEM)的贝叶斯滤波的信道估计方法.针对双选衰落特性,采用BEM信道模型,降低估计复杂度,消除子载波间干扰;针对非平稳特性,提出一种基于贝叶斯滤波的联合估计信道冲激响应与时变的时域自相关系数的信道估计方法.仿真分析表明,所提方法相较最小二乘法等传统方法在高速环境下能够提升估计精度和误码率性能.本方法特别适用于高速铁路的无线通信系统.

关键词：正交频分复用信道估计非平稳信道双选信道基扩展模型贝叶斯滤波

双选信道下基于离散小波变换的OFDM性能分析

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现代电子技术 2019年第17期42卷 1-5页

作者：农茜雯谢跃雷桂林电子科技大学

基于离散小波变换(DWT)的正交频分复用(OFDM)系统具有频谱效率高和带外能量泄漏小的优点,文中对DWT-OFDM系统在时间和频率双选择性衰落信道下的性能进行研究,分析在不同分解层数、不同小波系函数及不同归一化多普勒频偏下DWT-OFDM系统... 详细信息

基于离散小波变换(DWT)的正交频分复用(OFDM)系统具有频谱效率高和带外能量泄漏小的优点,文中对DWT-OFDM系统在时间和频率双选择性衰落信道下的性能进行研究,分析在不同分解层数、不同小波系函数及不同归一化多普勒频偏下DWT-OFDM系统的误码率性能,并与基于离散傅里叶变换(DFT)的OFDM系统进行对比。模拟仿真结果表明:在COST-207RA六径信道模型下,当误码率为10^-4且移动速度为300 km/h时,DWT-OFDM系统相比于DFT-OFDM系统的性能提高了9 dB;当移动速度为600 km/h时,误码率性能提高了10 dB,表明DWT-OFDM系统在双选择性衰落信道下具有更好的性能。

关键词： DWT-OFDM系统无线通信双选信道性能分析 DFT-OFDM系统 COST-207RA

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双选信道下单载波系统信道估计与均衡

双选信道下单载波系统信道估计与均衡

作者：曹跃西安电子科技大学

学位级别：硕士

高速宽带无线通信系统中,由于符号间隔降低,导致信号到达接收端的各延时路径可分辨,从而带来多径效应且引入了频率选择性衰落。此信道是非时变的,然而一旦通信双方中的一方处于高速运动中,或者周围环境快速变化,产生的多普勒频移(fd)将... 详细信息

高速宽带无线通信系统中,由于符号间隔降低,导致信号到达接收端的各延时路径可分辨,从而带来多径效应且引入了频率选择性衰落。此信道是非时变的,然而一旦通信双方中的一方处于高速运动中,或者周围环境快速变化,产生的多普勒频移(fd)将引入时间选择性,从而形成时间频率双选择性信道,简称双选信道。日常生活中高速行驶的汽车、高铁与汹涌海平面上的船只等均是双选信道存在的典型场景,并且通信信号将遭遇相比较静态多径信道更严重的干扰与衰落。因此双选信道的信道估计与均衡技术引起了广泛的关注。本文旨在研究单载波系统下双选信道的信道估计与均衡算法,其主要研究内容与贡献包括:1.基于经典指数加权的最小递归二乘(EW-RLS)信道估计算法,针对多步骤且高复杂度的增益矩阵与估计误差方差矩阵的求解过程,本文提出了两种低复杂度的平方根卡尔曼滤波(SR-KF)与基于QR分解的EW-RLS(QR-EW-RLS)估计算法。两算法通过分解复杂公式与构造矩阵,并分别应用SR-KF滤波与QR分解一步求得更新过程中两个关键矩阵。最后,两算法同时将计算复杂度降低了一个数量级,并且保持了EW-RLS的优秀估计性能。2.基于联合信道估计与均衡的扩展卡尔曼滤波(EKF)的turbo均衡方案,本文提出了一种线性卡尔曼滤波(LKF)的turbo均衡算法。LKF通过将信道估计与均衡分开,应用QR-EW-RLS算法估计信道,摆脱了EKF方案中假设信道服从一阶自回归(AR)变化的约束,得到了更加准确的估计结果,进而提升了均衡性能。而且LKF的状态空间向量长度小于EKF,所以LKF不但获得了更好地误比特率(BER)性能并且降低了计算复杂度。3.基于LKF的一倍速率均衡方案,通过引入整数倍过采样技术,本文提出了一种单载波传输系统中基于整数倍过采样的线性时域卡尔曼均衡(OSC-LKF)算法。该算法的关键在于应用成型滤波器、信道信息与匹配滤波器构造矩阵,以此建立空间状态向量与接收信号的关系式,即观测方程。最后,相比较于LKF方案,OSC-LKF算法进一步提升了BER性能。最后通过计算机仿真,验证了各算法的可行性,并且对比分析了各算法的计算复杂度与性能表现。

关键词：双选信道信道估计 turbo均衡低复杂度整数倍过采样

时频双选信道OFDM系统的低复杂度MMSE-SD算法

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电子与信息学报 2013年第2期35卷 261-266页

作者：惠永涛李兵兵同钊薛磊磊西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室西安710071

在时频双选信道OFDM系统中,针对最小均方误差连续检测(MMSE-SD)算法求逆运算导致计算复杂度过高的问题,该文提出一种改进的低复杂度MMSE-SD算法。该算法首先对信道矩阵和检测矩阵进行扩展处理,然后建立扩展矩阵和原矩阵之间的关系,每次... 详细信息

在时频双选信道OFDM系统中,针对最小均方误差连续检测(MMSE-SD)算法求逆运算导致计算复杂度过高的问题,该文提出一种改进的低复杂度MMSE-SD算法。该算法首先对信道矩阵和检测矩阵进行扩展处理,然后建立扩展矩阵和原矩阵之间的关系,每次检测用扩展矩阵的迭代求逆代替原矩阵的直接求逆。理论分析和仿真结果表明:和原MMSE-SD算法相比,该改进算法在保持原算法性能的基础上,大幅度降低其计算复杂度;与其它算法相比,该改进算法兼顾了系统性能与计算复杂度,当归一化多普勒频移增大时,其计算复杂度保持不变而性能更优。

关键词：无线通信双选信道正交频分复用载波间干扰最小均方误差连续检测 Greville递归求逆

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基于无迹卡尔曼滤波的双选信道估计方法

山东大学学报（工学版） 2019年第4期49卷 130-136页

作者：卢娜高丽沈轩帆商丘职业技术学院河南商丘476099 重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044

针对高速移动场景中由于信道存在时频域选择性衰落(双选衰落)导致正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)通信系统受到子载波间干扰而使通信质量下降的问题,采用基扩展信道模型,在消除子载波间干扰(inter carri... 详细信息

针对高速移动场景中由于信道存在时频域选择性衰落(双选衰落)导致正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)通信系统受到子载波间干扰而使通信质量下降的问题,采用基扩展信道模型,在消除子载波间干扰(inter carrier interference,ICI)影响的同时节约信道估计算法的空间复杂度。针对基扩展模型(basis expansion model,BEM)下的非线性信道状态空间模型,采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)方法进一步跟踪信道响应提升信道估计精度。仿真分析表明,本研究所提方法能够有效提升信道估计的精度,相对于传统算法具有更好的误码率性能和鲁棒性。

关键词：信道估计双选信道 BEM UKF

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双选信道下OFDM系统的同步技术研究

双选信道下OFDM系统的同步技术研究

作者：蔡星星电子科技大学

学位级别：硕士

由于可以进行高效、高速的信息传输,正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术成为许多通信系统和标准的调制技术之一。而对突发双选信道下进行高效高速的OFDM传输,还存在着很多的技术瓶颈,其中突发帧的结... 详细信息

由于可以进行高效、高速的信息传输,正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术成为许多通信系统和标准的调制技术之一。而对突发双选信道下进行高效高速的OFDM传输,还存在着很多的技术瓶颈,其中突发帧的结构设计和突发同步技术就是其中之一。因此本文主要以教研室项目为背景,研究突发双选信道下OFDM传输系统的帧结构设计和各种同步方法。具体而言,本文作者在阅读了大量文献的基础上,主要进行了以下几个方面的工作：（1）在对目前常规的基于突发OFDM系统的同步算法进行仿真分析和对比研究的基础上,分析这些算法在双选信道中的应用局限,探讨其改进的方法;（2）针对多径信道下,特别是时变的多径信道下,很多算法会出现如多个峰值或峰值淹没或峰值不易检测、对循环前缀长度敏感、不同信噪比条件下设置不同的门限值等问题,提出了一种不受载波频率偏差影响的多重相关性算法。该算法充分考虑了循环前缀对符号定时的影响,峰值单一且便于检测,而且在一定的信噪比范围内,可以使用同一个门限值对信号进行检测。（3）针对突发双选信道,探讨了一种新的帧结构模式。新的帧结构模式只需要两个OFDM符号即可完成同步以及信道估计。在新的帧结构模式下,提出了一种Schmidl算法的改进算法,改进算法的符号定时更加精确,改进算法的载波频偏估计性能更好。通过MATLAB和CCS软件对改进算法进行了仿真与实现：MATLAB仿真结果表明改进算法能够很好的工作在时变信道下;CCS实现表明接收数据的定点处理对算法造成的误差在系统可以容忍的范围内。

关键词：正交频分复用同步技术双选信道帧结构

双选衰落信道下OFDM系统信道估计技术研究

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双选衰落信道下OFDM系统信道估计技术研究

作者：曹梦硕中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

未来无线通信系统应能满足高速移动场景下的宽带无线通信需求。针对此种时频双选衰落信道,单载波通信系统需要复杂的自适应均衡算法来抵抗衰落信道中的符号间干扰,在此背景下,凭借频谱资源利用效率高、抗多径能力好等方面的优势,正交频... 详细信息

未来无线通信系统应能满足高速移动场景下的宽带无线通信需求。针对此种时频双选衰落信道,单载波通信系统需要复杂的自适应均衡算法来抵抗衰落信道中的符号间干扰,在此背景下,凭借频谱资源利用效率高、抗多径能力好等方面的优势,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术的关注度显著提升。它通过插入循环前缀可以有效抑制多径效应造成的频率选择性衰落,却对多普勒效应造成的时间选择性衰落十分敏感,少许的多普勒频移便会破坏OFDM系统子载波间的正交性,产生严重的子载波间干扰(Inter-carrier Interference,ICI)。传统的信道估计技术应用到双选衰落信道下的OFDM系统中时,需要占用大量的导频资源,而且性能较差,尤其系统的时变性较强时,性能恶化严重。针对以上问题,本文首先研究了基于压缩感知的信道响应估计方法,分析了由多普勒扩展引起的子载波间干扰的统计特性以及其在子载波间的分布规律,指出某个子载波受到的ICI主要来自于邻近的少数几个子载波。为了抑制ICI,在有效导频两侧插入保护导频;使用基扩展模型对双选衰落信道进行建模,减少了待估参数;利用分布式压缩感知理论对联合稀疏的基系数向量进行恢复并使用离散长椭球序列对其进行平滑处理,通过仿真验证了算法的优越性。其次研究了基于深度学习的信道响应估计方法。首先,针对学习网络进行离线训练,并使用鲸鱼优化算法搜索网络的最佳学习率,然后将训练过的网络用于在线的信道估计。通过离线训练与在线估计,修正了由于线性插值未考虑信道时变性带来的估计误差,进而使得系统误码性能以及信道估计精度获得显著改善。最后在FPGA上进行了上述信道估计算法的部分顶层设计与实现,进一步验证了算法的有效性。

关键词：双选信道信道估计基扩展模型压缩感知深度学习

时频双选信道下OTFS系统的信道估计技术研究

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时频双选信道下OTFS系统的信道估计技术研究

作者：肖之长西安电子科技大学

学位级别：硕士

移动通信发展至5G后,高速移动的物体、位于更高频段的载波以及更大规模的天线阵列等,都使得为克服双选衰落问题而提出的一些算法面临巨大挑战。而于2017年首次提出的正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）新型调制技术,... 详细信息

移动通信发展至5G后,高速移动的物体、位于更高频段的载波以及更大规模的天线阵列等,都使得为克服双选衰落问题而提出的一些算法面临巨大挑战。而于2017年首次提出的正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）新型调制技术,便能够工作在5G所定义的各类使用场景中。现有关于该技术的接收机算法研究主要集中在信道估计与均衡上,均衡又是其中研究最为广泛的,包括线性均衡与非线性均衡。多项研究指出,精确的信道估计对提高均衡性能必不可少。而对于OTFS信道估计的研究,则相对较少,尤其是时延-多普勒域中导频辅助的信道估计技术。目前,通过在时延-多普勒域插入导频进行信道估计的技术,主要是基于单个导频脉冲的幅值来得到传输信道的抽头系数。而为了解决单导频脉冲在低信噪比下性能急剧恶化的问题,又有了对多导频脉冲信道估计技术的研究,如基于先验信息的多脉冲阈值判决法。然而,此类方法还存在一些改进空间,本文则是在此基础上,提出了两种基于多个导频脉冲的信道估计改进算法:1.考虑到已有多脉冲信道估计方法未充分利用各个导频脉冲的幅度信息,本文提出了一种多脉冲非相干信道估计方法。该方法对多个导频脉冲的幅值进行累加后再做门限判断,并将幅值的和作为信道衰落系数。这不仅可以提高信道抽头的检测概率、也提高了抽头增益的估计精度。仿真结果表明,所提非相干的信道估计方法较已有方法在估计结果的归一化均方误差（Normalized mean square error,NMSE）性能与系统的比特误码率（Bit Error Rate,BER）性能上均有显著提升:在0dB-12dB的导频信噪比范围内,NMSE性能提升了3dB;导频信噪比为0dB,数据信噪比为0dB-12dB时,数据信噪比越大BER性能提升越明显。2.在所提多脉冲非相干信道估计方法取得了一定性能提升的基础上,本文又提出了另一种新的算法,多脉冲相干信道估计方法。该方法对多个导频脉冲进行相干累加后再计算幅值,进而做门限判断并将该幅值作为信道衰落系数。根据相干运算的原理可知,该方法可获得较非相干方法更优的抗噪声性能。仿真结果表明,低信噪比环境下,所提相干信道估计方法较非相干信道估计方法在估计结果的NMSE性能与系统的BER性能上均有显著提升,而高信噪比环境下二者无显著差别:导频信噪比为-6dB-0dB时,其取值越小NMSE性能提升越明显;导频信噪比为-5dB,数据信噪比为0dB-12dB时,BER性能获得十分明显的提升。

关键词：双选信道 OTFS 信道估计导频非相干相干

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基于改进恢复算法的双选稀疏信道估计

科学技术与工程 2016年第29期16卷 241-246页

作者：马秀荣陈冰雪单云龙天津理工大学计算机与通信工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室天津300384

高速移动情况下,正交频分复用系统(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)无线通信信道可建模为时间-频率双选信道,其响应在时延-多普勒域呈现稀疏性,使压缩感知技术得以应用到稀疏信道估计中。当稀疏度提高时,压缩感知(com... 详细信息

高速移动情况下,正交频分复用系统(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)无线通信信道可建模为时间-频率双选信道,其响应在时延-多普勒域呈现稀疏性,使压缩感知技术得以应用到稀疏信道估计中。当稀疏度提高时,压缩感知(compressed sensing,CS)中正则化正交匹配追踪恢复算法(regularized orthogonal matching pursuit,ROMP)的复杂度增大。提出了有严格计算约束的改进恢复算法,该算法每次迭代选择固定数目的原子使支撑集为非奇异矩阵来降低原子选择和最小二乘(least squares,LS)法计算上的复杂度,并且每次迭代更新支撑集来保证精度。仿真结果表明,和ROMP算法比较,改进恢复算法的运行时间明显降低,并且在一定的迭代次数下精确度得以保证。

关键词：正交频分复用压缩感知信道估计双选信道恢复算法正则化正交匹配追踪