信号检测与估计资料在离散衰落信道中运用正交频分复用

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1、在离散衰落信道中运用正交频分复用信号的独特的相关特性来最大似然估计时偏和频偏摘要：正交频分复用(OFDM)是一种很有前途的通信系统技术。然而，OFDM的同步在色散衰落信道中仍然是一个重要的、具有挑战性的问题。在本文中，对于OFDM系统中的确定符号定时偏移和载波频率偏移(CFO),描述了基于最大似然(ML)标准的同步算法。新的ML方法考虑了时间色散衰落信道，并在每个采样时间采用独特的相关特性的循环前缀。提岀的符号定时估计是一个符号定时偏移和信道长度的二维函数。与以前的ML方法相比，提出的似然函数在每个采样时间无需额外的导频符号就是优化的。为实

2、现该方法，采用了次优的ML估计方法，并提出了近似解析解。此近似解的非线性运算可以使用传统的查找表来实现降低计算复杂度。提出的CFO估计也取决于信道长度。与传统的方法不同的是,该方法充分利用色散衰落信道的延迟扩展(通常减少估计的准确性)。此外，分析了CFO估计的克拉美■罗下限(CRLB),并仿真证实了所提出估计的优势。索引术语：载波频率偏移(CFO),循环前缀(CP),最大似然(ML)估计，正交频分复用(OFDM),符号定时偏移。1.引言正交频分复用(OFDM)是一种很有前途的宽带传输技术。但是，OFDM系统对同步误差非常灵敏，这可能破坏所有

3、子载波之间的正交性。因此，在［1］-［5］中介绍了子载波间干扰(ICI)和码间干扰(ISI)。符号定时偏移和载波频率偏移(CFO)是OFDM接收机中经常遇到的两个主要的同步课差。符号定时偏移的估计对整个OFDM同步过程是必不可少的，这是因为一个坏的符号定时估计将严重影响系统的性能，例如通过降低信号与干扰加噪声比(SINR)来联合ISI和ICI。除了ISI夕卜，也介绍了ICI,由于正交性失效。对于快速傅立叶变换(FFT)运算，估计符号定时是为了确定OFDM符号的止确起始位置。假设定时偏移是一个整数，并可以设置在一个OFDM符号中。当总的CFO

4、大于或者等于一个子载波间隔时,将产生整数CFOo在本文屮，考虑了非整数CFO,然而，可以在⑹中找到整数CFO的估计。阐述了各种同步方法，在［7］中可以发现好的调查，一些相关的研究在此也做简要的描述。特别设计的训练吗可用于符号同步⑻-［ll］o虽然增加了序言中准确估计，但是这样做减少了带宽效率。为了消除这种减少，利用了在［12］-［18］屮介绍的循环前缀(CP)的冗余的算法。符号同步算法［12］采用最大似然(ML)方法。然而，认为是加性高斯白噪声(AWGN)信道，其性能可能是有限的、色散的信道。在［13］的研究中，通过多径信道运用相关长度来传

5、输粗符号定时同步，相关长度等于信道和CP长度的总和。在ISI中利用相关性来度量。尽管一个方法［14］可以在多径信道中识别ISI,但是由于在ISI中平稳，产生了模糊。计算复朵度的排序方法，在［15］研究中提出，是高的。此方法可以应用在连续传输网络屮。此操作的性能可能受到CFO的干扰。对于自适应定吋同步，在［17］中提出了离散随机逼近算法。为了联合估计CFO和符号定时，在［18］中提出了盲最小二乘方法。基于CFO引导的相位旋转的CFO估计在⑶,［8］,［12］和［18］-［33］中也已提出。在［12］,［18］和［25］中此方法采用了带宽效率,

6、这是因为不需要额外的开销，只需要利用CP的冗余。在⑶，

7、9］,［19卜［24］和［29卜［31］中许多技术釆用了重复的时域结构。基于在保护频带和信息载波的正交性，在［26］-［28］中提出了子空间估计。在［29］中的CFO估计采用了导频。该方法的基本思想是通过比较接收频谱和原始模式来估计CFO的。在［5］,［32］和［33冲提出了基于导频的CFO估计。在文献中有许多基于特设方法的算法

8、34

9、。尽管ML估计方法能产生比特设算法更好的性能，并可以在平均平方误差上接近理论上的克拉美•罗下限(CRLB),但是其复杂度也通常被认为是很高的。然而，近似

10、的方法提供了良好的次优ML算法［34］o基于定时和CFO同步的传统CP可能有不佳的同步。虽然在CP屮存在重复结构，但是其相关不能被设计成类似于脉冲形状的训练符号。因此，基于同步的CP的复杂度增加而提高了其性能；否则，将采用可以减少带宽效率的训练符号。特别地，对于色散衰落信道，解决同步问题的准确性是关键，这是因为同步误差大大降低了SINRfl］,［2］o出于上述考虑，低复杂度ML同步(考虑色散信道復杂度(〜0(N))相似于［12］中提出的最简单方法设计(考虑AWGN信道)，其中N是子载波个数。众所周知的，信道长度和最好符号定时有关；然而，之前

11、这一信息很少用到。与此相反，在本文中，信道长度明确利用符号同步来提高其性能。此外，本文研究了利用信道长度来改善CFO估计的方法。在本文屮，在OFDM系统屮，对于符号同步和CFO,