ofdm系统中抗干扰技术研究

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1、OFDM系统中抗干扰技术研究摘要:针对频率选择性衰落信道下的OFDM系统中的ISI干扰问题,本文研究了一种基于递归最小二乘的OFDM系统自适应均衡算法,理论分析和仿真结果表明了该算法的有效性,并且可以显著提高频谱利用率。　　关键词:正交频分复用符号间干扰　　:TN914.41:A:1007-9416(2011)03-0119-02　　　　1、引言　　4G系统的一个比较普遍的期望是支持20Mb/s以上的数据速率,比3G系统要高一个数量级。要实现如此高速率高质量的多媒体无线数据传输,无线通信系统需要克服许多技术难题。而正交频分复用(OrthogonalFrequeneyDivi

2、sionMultiplexing,简称OFDM)技术可用来解决高速率无线数据传输所引起的衰落和多径问题。本文主要研究在短CP、长多径时延条件下的低计算复杂度的有效ISI的干扰消除方法。　　　　2、OFDM系统模型　　OFDM通过把高速的数据流经过串并转换,将频率选择性衰落信道变为平坦衰落子信道,降低了由于无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响,消除了ISI[1](inter-symbolinterference,码间干扰)。同时,通过符号间保护间隔和循环前缀的插入,进一步消除其ICI(inter-carrierinterference,载波间干扰)。在OF

3、DM系统中,较低的码元速率对多径传播产生的ISI有一定的抑制作用。此外,还通过在每个OFDM符号前端插入一定的保护间隔来分离相邻的符号,从而进一步提高系统的抗ISI能力同时还可以对抗时间偏差。对于传统的OFDM系统来说,如果循环前缀的长度大于信道的时延扩展,则可以通过简单的频域均衡来解调OFDM信号,可是循环前缀的使用却降低了系统的传输效率。如果能压缩甚至去掉循环前缀,而保持系统性能不变,则是很有意义的。　　　　3、CP不足时的LMS均衡算法　　3.1自适应均衡算法　　自适应均衡是现代通信中广泛采用的消除符号间干扰的一种方法,通常是把接收到的信号通过一个特性与信道特性相反的

4、滤波器,称为均衡器。自适应均衡器是一个时变滤波器,能够自动适应输入信号的变化,自动调整均衡器抽头增益,达到均衡的目的。其表达式为:　　(1)　　其中,、分别为输入向量和抽头权值向量。系统的输出信号与期望信号相比较,产生误差信号,自适应均衡算法就是根据输入的误差信号,按照一定的算法和准则,去控制和调整各个权值。　　3.2CP不足时的RLS均衡算法　　由于自适应均衡器是对未知的时变信道做出补偿,因而它需要有特殊的算法来更新均衡器的系数来跟踪信道的变化。为了实现算法的快速收敛,可以使用含有附加参数的复杂算法,也就是说,快速的收敛算法将依赖于实际接收信号的时间平均的误差表达式,而不

5、是统计的误差表达式。这个算法称为递归最小二乘(RLS)算法,它可以极大地改进自适应均衡器的收敛特性[2-3]。RLS算法所采用的准则是最小二乘准则,其代价函数为:(2)　　其中,是接近1但小于1的加权因子,被称为遗忘因子,且误差为:　　RLS算法步棸如下:　　(1)初始化,其中是N×N的单位方阵。对于小的,可能是病态的,其逆可能是不可计算的。此时习惯的方法是初始化是把加到上,其中,是一个很小的正常数,在对过去的数据进行指数加权的情况下,加上的影响将随时间推移而逐渐消失;(2)计算滤波器的输出为:;(3)计算误差:;(4)计算kalman增益矢量:;　　(5)更新相关矩阵的逆

6、:　　(6)更新滤波器矢量:　　4、仿真结果分析　　仿真环境及参数如下:采用VehicularTestA信道模型,假定该系统子载波数N=256,OFDM符号块数N_symbol=50,调制方式采用16QAM,CP充足情况下长度取为子载波数的1/32,采用简单的单抽头频域均衡器进行仿真,CP不足时RLS自适应均衡算法仿真时取。为了使比较和讨论具有针对性,本文假定系统已经建立了理想的载波同步和符号同步。由图1,我们可以看到,循环前缀不足时系统引入的ISI和ICI对数据解调造成严重的干扰,传统的单抽头频域均衡器已经失去了它的优势,需要采取比单抽头频域均衡器更为复杂的均衡技术来避免

7、或者消除ISI的影响。由图2的零CP情况下三种均衡器和CP充足情况下单抽头频域均衡器的误码率比较曲线,可以看出RLS频域自适应均衡算法的有效性。　　　　5、结语　　本文对CP不足时的LMS均衡算法和RLS算法进行了深入研究,理论分析和仿真结果都表明RLS算法具有好的误码率性能,较大地提高了OFDM系统的频谱利用率。