自适应OFDM系统中无线信道预测算法的研究

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自适应技术在现代无线通信系统中正发挥着越来越重要的作用,它充分利用信道状态信息(CSI),根据信道衰落的变化,实时调整发射端的传输方式,克服单一的传输模式,补偿信道衰落对系统容量的恶化。由于4G、LTE通信系统均采用正交频分复用(OFDM)调制方式,且OFDM系统先天的子信道分配优越性恰好与自适应调制技术结合,因此自适应技术与OFDM的结合将在未来无线通信中发挥更为广泛的作用。而自适应技术实施的前提是发射端能够得到准确的CSI,当前的信道估计技术虽然能够得到较为精确的CSI,但CSI反馈到发射端的时延,仍然对自适应系统的性能起到不可小觑的影响。为解决信道反馈时延的问题,信道预测技术被许多学者提了出来,他的主要思想就是信道在将来时刻的估计。  本论文介绍了OFDM的原理和自适应调制技术在OFDM系统中的应用,利用注水原理分析了自适应系统的信道容量,分别说明了各种自适应比特功率分配算法的原理,并采用基于信噪比(SNR)门限的比特分配算法仿真分析了自适应OFDM系统中两大重要因素信道估计误差和信道反馈延时对自适应系统的影响程度,最后给出了基于信道预测的自适应OFDM系统的原理结构图。  然后重点研究了自适应调制 OFDM系统中最小均方误差(MMSE)线性信道预测算法,利用发送信号的随机性对其预测滤波器的系数进行了优化,其优化后的预测滤波器结构其实质相当于一个自回归(AR)模型,然后得出了自适应OFDM系统基于最小二乘(LS)估计的线性信道预测算法,分别给出了频域和时域信道预测的方法,仿真分析时域预测效果要好于频域预测,而复杂度只相差一次离散傅里叶变换(DFT)。然后分析了基于信道预测的自适应 OFDM系统的性能,以及预测滤波器阶数的选取,其选取需综合考虑自适应系统的性能和系统的计算复杂度。最后重点介绍了能跟踪信道统计特性变化的自适应信道预测算法,然后利用其信道抽头的稀疏性,给出了基于范数的正则化自适应算法,该算法在传统自适应算法的基础上引入了一个零值吸引因子,增强了预测滤波器的稀疏性,从而加快了算法的收敛性,仿真表明基于范数的正则化自适应算法收敛性要好于传统自适应算法。
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