移动环境下OFDM系统的ICI抑制技术研究

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正交频分复用技术具有抗多径衰落能力强、频谱利用率高、信道均衡简单、便于硬件实现等优点,是后3G时代通信系统物理层的核心技术。移动环境中多普勒频展产生的子载波间干扰会破坏OFDM子载波的正交性,影响系统性能,因此载波间干扰抑制是OFDM移动通信中的关键技术之一。本文结合实际OFDM系统项目,从ICI抑制算法和系统FPGA实现两个方面展开研究,主要工作如下:①分析了移动环境下OFDM系统ICI的成因和对系统的影响,对单个多普勒频移和多普勒频展的ICI影响分别做了分析和仿真。仿真结果表明,多普勒频展是移动信道时变性的主要因素。②ICI抑制算法需要综合考虑抑制效果、频谱利用率和实现复杂度。ICI自消除算法通过改变系统参数设计来抑制ICI,分别验证了编码和时域加窗抑制ICI的效果和仿真对比了系统性能,分析发现ICI自消除算法存在频谱利用率低和性能的地板效应等缺点。基于频域均衡的信道估计算法通过导频辅助准则估计的信道响应矩阵均衡接收信号以抑制ICI,对传统的LS和LMMSE算法做了理论分析、仿真和性能评估,并对比仿真了不同信道环境下常用导频图案的性能。仿真结果表明传统的信道估计算法存在性能上的极限。③为克服传统一维信道估计算法在移动环境下存在性能极限的问题,设计并研究了基于二维频域信道估计的简化G矩阵算法,该算法考虑了邻近子载波的影响,通过计算相邻两个符号的时域冲击响应斜率来对时变信道做线性近似,性能优于传统的信道估计算法且实现复杂度较低。针对简化G矩阵算法直接采用IFFT计算时域冲击响应会引入误差这一问题,本文提出了一种时频变换的修正方法,仿真表明算法修正后其MSE和BER性能均有一定程度的提升。④完成了简化G矩阵算法的FPGA实现,解决了实际通信中ICI影响系统性能的问题,设计中为减少硬件资源消耗提出了逻辑和存储资源流水线分时复用等优化方案。系统测试结果表明本文设计的模块功能正确,资源消耗较少,能够有效抑制ICI。
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