OFDM系统中的ICI分析及其消除方法研究

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在各种无线通信技术中,正交频分复用(OFDM)无疑是最具有应用前景的技术之一。OFDM 可以简单有效地消除信号多径传播所造成的符号间干扰,因此被认为是最适用于宽带通信的传输技术之一。由于OFDM 技术本身的特点,如果信道在一个OFDM 符号周期内是非时变的,那么一定长度的CP 可以很容易的保持子载波之间的正交性。然而在实际的移动通信系统中,高频段、高速移动、大容量的通信要求经常会导致信道在时域和频域的衰落,进而引起载波间干扰(ICI),导致性能的下降。因此,载波间干扰已经成为影响OFDM 系统性能的重要问题。ICI 的分析和研究也成为OFDM 系统接收机的关键技术之一,也可以认为是信道估计和均衡技术的一个重要组成部分。 本文首先分析了各种可能引起ICI 的原因,包括由于同步偏差引起的ICI,由于移动情况下的多普勒效应引起的ICI,以及由于长多径(超过保护间隔引起的ICI)等。针对各种原因所产生的ICI 对系统的影响,本文全面分析了其反映在系统模型上的数学表达形式。既从实际的物理意义出发,对不同原因引起的ICI 进行了个别分析,又给出了统一表达式,作为用数学方法处理ICI 的依据。 在分析了ICI 的影响之后,提出了相应的解决方法。主要对现有一些具有普遍适应性的ICI 消除方法进行分析。并按照是否需要与信道估计和均衡结合将这些方法分为两大类——与信道估计与均衡无关的ICI消除方法,以及与信道估计和均衡结合的ICI 消除方法。 和信道估计无关的ICI 消除方法包括发端编码和加窗两种。对于通过发端编码的ICI 自消除算法来说,虽然降低了系统的频谱效率,但是其在某些环境下的良好表现以及与编码的某种等效关系使其有不小的应用价值。对于加窗的ICI 消除方法来说,确实能够在一定程度上提高系统性能,而且复杂度也不高。可以作为辅助手段,在设计成型滤波器的时候一起考虑。 与信道估计和均衡结合的ICI 消除方法,更多的是从普遍性出发,从分析数学表达式的角度来考虑ICI 干扰消除的问题。从本质上讲,这一类的ICI 消除方法,都是与矩阵运算所相关的。所以,只要找到有效的矩阵处理的方法,如矩阵求逆展开近似等等,就可以使这一类方法更加有效和实用。 接下来,我们针对当前比较有影响的一个系统——时域前缀头的OFDM 系统进行了认真的分析。指出了它和传统OFDM 系统的区别和联系。详细说明了各种ICI 消除算法在时域前缀头的OFDM 系统中的应用情况。特别地,为了给与信道估计和均衡有关的ICI 消除算法提供依据,本文还特别给出了两种可以应用于时域前缀头的OFDM 系统的信道估计方法,包括基于PN的信道估计算法和基于LMS的信道估计算法。 最后,文章对全文的结果和理论分析进行了总结,得到了有关ICI的一些结论和展望。
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