自适应NC-OFDM系统中关键算法研究及实现

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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术以其高频谱利用率和良好的抗多径衰落能力成为第四代移动通信系统中的关键技术之一。非连续OFDM(Non-Contigous OFDM,NC-OFDM)作为OFDM系统的一种特例,具有OFDM系统的所有特性,在不连续频段下仍然可以保持数据的高速传输。而自适应技术能够充分利用信道信息,智能的为系统选择合适的发送参数,从而达到频谱的高效利用和性能的提高。因此,可以考虑将两者结合起来进行研究。本文主要完成了自适应NC-OFDM系统中关键算法的研究及实现工作。首先研究了NC-OFDM系统中的两种关键算法:即信道估计算法和自适应算法,同时提出了一种改进的可变门限自适应算法;然后采用基于模型的设计方法在Lyrtech公司开发的软件无线电开发平台(Software Defined Radio Development Platform,SDR DP)上完成了自适应NC-OFDM系统的实现、调试和测试工作。本文主要工作可以分为以下几个部分:第一部分主要研究了NC-OFDM系统中几种常用的信道估计算法,即基于最小平方估计(Least Square, LS)的估计算法、基于最小均方误差(Minimum MeanSquare Error,MMSE)准则的估计算法以及变换域的估计算法,并分别对其进行仿真和分析。结果表明,LS估计性能最差;变换域估计相当于LS估计的改进算法,其性能与基于MMSE准则的估计算法类似,均逼近于理想信道估计性能,但是其实现要比基于MMSE准则的估计算法简单。第二部分主要研究了自适应编码调制算法中的两大类常见自适应算法,即固定门限的自适应算法和可变门限的自适应算法。其中固定门限的自适应算法实现简单,但是仅适用于慢衰落信道下,而可变门限的自适应算法不仅可以应用在慢衰落信道下,在信道条件变化很快时仍然可以较好的利用信道信息,选择合适的传输模式,从而达到资源的合理利用。此外,还提出了一种改进的可变门限自适应算法,这种算法与原有的算法相比在保证误码性能满足条件的前提下,可以避免多次不必要的模式转换,最终同样完成门限的自适应变化和更多模式下的切换。第三部分采用基于模型的设计方法在SDR DP上对自适应NC-OFDM系统的收发链路进行了硬件实现。对收发的重要模块:如关键信号控制、快速傅里叶反变换(Inverse Fast-Fourier-Transformation,IFFT)时序控制、发端上采样滤波器组、信道估计等给出了具体的设计时序图以及设计中遇到的问题和解决办法。第四部分完成了自适应NC-OFDM硬件链路的测试工作。结果表明在慢衰落无干扰的信道条件下,此系统可以根据当前的信道情况,选择合适的编码调制方式,从而有效利用信道资源,在系统的有效性和可靠性之间做到很好的折中;在有干扰存在的情况下,可以避开干扰,选用无干扰频段进行信息传输,从而达到了一定的抗干扰性能。当然,抗干扰性能的获得也牺牲了频带利用率,尤其是在多音干扰下,可用频带数量大大降低,使系统的有效性受到了抑制。本文不仅给出了自适应NC-OFDM系统中的信道估计算法和自适应算法的软件仿真结果,同时结合SDR硬件平台进行了工程实现,给出了硬件实现及测试结果,具有一定的实用价值。
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