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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术是目前无线通信系统最具发展前景的技术之一。它将高速数据流分解成若干路低速子数据流,然后通过每路低速子信道来发送信号从而提高传输速度;另外,OFDM还具有较强的抗衰落和较高频谱利用率等一系列优点。这些优点使得OFDM技术在无线通信领域的应用引起了广大专家学者的关注。因此,OFDM有望成为4G(Forth Generation,4G)的主要标准。
在OFDM系统中,无线信道的时变性将引起子载波间干扰(Intercarrier Interference,ICI)以及时延扩展导致码间干扰(Inter-symbol Interference,ISI)。ICI和ISI影响了系统的性能,甚至更严重会导致系统无法正常工作。因此,为了有效地抑制ICI和ISI,提升通信质量,必须采用信道均衡技术。
本论文首先介绍移动无线信道的特性,重点分析了多径衰落的形成以及其对系统的影响,然后对现有均衡算法进行总结。现有均衡算法有:常规的追零均衡(Zero-Forcing, ZF)算法、最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)算法、带状LMMSE线性均衡方法、迭代算法及自适应均衡算法等。这些传统的均衡方法都是对整个OFDM符号进行处理,且都有各自的不足。
本论文在研究了无线信道特性以及总结现有均衡算法的基础上,提出了一种时域加窗分段线性处理的均衡算法。在接收端利用矩形窗将接收到的数据等分为多个子数据块,并假设在每个子数据块内信道系数为常数。通过时域分段处理,时变信道均衡可以被简化为针对多个OFDM子块的时不变线性处理,然后对每个子数据段处理后获得的信号合并恢复出原信号。此外,本文还从理论上深入解析了所提均衡算法的性能并对加窗个数进行优化,推导出基于所提算法的信干比(SIR)闭式解,为加窗个数(P值)的选取提供了理论依据。为体现本文均衡算法的优越性,文章进一步计算出各算法复杂度并进行比较。最后,通过MATLAB分别对迫零均衡(ZF)算法、带状LMMSE均衡方法、本文所提时域加窗分段处理均衡方法进行仿真,并分析比较这三种方法性能的优劣。从复杂度分析以及仿真结果可以得出,相较于现有时变信道均衡方法,所提算法能明显提升系统性能,且计算复杂度更低。