【正文】 測方法。該算法通過導(dǎo)頻信息獲得初始信道估計，在迭代過程中進一步精確地估計限幅導(dǎo)頻序列和非線性失真信息。估計的限幅導(dǎo)頻序列用于信道再估計，而經(jīng)過非線性失真補償?shù)臄?shù)據(jù)子載波用于信號再檢測，提高系統(tǒng)的性能。 研究背景及意義 通信是一個比較古老的話 題，從遠古時代的烽火狼煙、飛鴿傳信、驛馬郵遞，到工業(yè)時代的電報、電話，再到信息時代的無線移動通信，經(jīng)歷了一個長期的發(fā)展演變過程。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，人們對通信性能、通信質(zhì)量的要求也日益提高，目的是為了能夠在任何時候、任何地點、與任何人、以任何方式進行聯(lián)系溝通和信息交流，這種愿望在沒有無線移動通信業(yè)務(wù)之前，是無法想象，無法實現(xiàn)的。早在 1897 年，馬可尼在布里斯托爾海峽進行了無線電通信實驗，并獲得了成功，當時的通信距離能夠達到數(shù)十公里，這是移動通信的開端 [1]。自此之后的 100 多年中，無線通信經(jīng)歷了從模 擬移動通信到數(shù)字移動通信，從窄帶通信到寬帶通信的發(fā)展過程。在近三十年來，移動通信的發(fā)展尤為迅猛，經(jīng)歷了從第一代模擬通信（ 1G）到第二代數(shù)字通信（ 2G），再到第三代多媒體通信（ 3G） [2][3][4]，以及充分利用了 OFDM、 MIMO 等先進通信技術(shù)的第四代移動通信（ 4G）也正在如火如荼地研究當中 [5][6]。 美國的 AMPS、英國的 TACS、北歐的 NMT450 和 NMT900、日本的 NTT 等制式是第一代移動通信系統(tǒng)的典型代表，他們采用頻分多址（ FDMA）技術(shù)和模擬語音技術(shù)。我國于 1983年規(guī)定了蜂窩移動通 信系統(tǒng)的頻段，并在 1990 年確定采用 TACS 制式。因為模擬技術(shù)比較成熟，第一代移動通信在當時得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是它也有很多弊端，如各種制式互不兼容，移動用戶不能在各種系統(tǒng)之間實現(xiàn)漫游，另外頻譜利用率低、保密性能差、抗干擾能力差，并且系統(tǒng)通信容量小，能夠同時承載的用戶比較少，不能滿足人們?nèi)找嫣岣叩耐ㄐ判枨?，逐漸在競爭激烈的通信市場中被淘汰。 研究現(xiàn)狀 對無線信道特性的認知是移動通信中非常重要的一個方面，已成為無線通信領(lǐng)域中長盛不衰的研究課題，并取得了豐碩成果。本文對該課題的研究擬引用控制 領(lǐng)域中的多模型理論，所以本小節(jié)，主要對信道估計技術(shù)的研究現(xiàn)狀及多模型理論研究現(xiàn)狀進行簡要敘述。 信道估計研究現(xiàn)狀 對于一個特定無線通信系統(tǒng)，首先需要為其建立恰當?shù)男诺滥Ｐ停@是后續(xù)系統(tǒng)搭建設(shè)計的主要依據(jù)。在建立正確的信道模型基礎(chǔ)上，只有接收端獲知準確的信道參數(shù)，才能使發(fā)送信號的解調(diào)恢復(fù)得以可靠實現(xiàn)。 無線通信信道有兩個主要特點： 其一，無線通信環(huán)境參數(shù)具有時變特性，導(dǎo)致在不同時刻傳輸?shù)男盘査?jīng)歷的信道影響完全不同，主要由多普勒效應(yīng)引起的； 其二，無線信道具有頻率選擇性，導(dǎo)致不同頻率信 號經(jīng)歷的信道衰落也不盡相同，主要由多徑效應(yīng)造成的。這兩個特性對信道參數(shù)的估計帶來了很大的困難，因此對信道估計方法進行深入研究，設(shè)計出合理的信號傳輸模型和信道估計方法非常重要。 多模型理論研究現(xiàn)狀 在我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，由于系統(tǒng)的復(fù)雜化和多元化，導(dǎo)致單一模型是無法準確跟蹤系統(tǒng)參數(shù)變化。比如當系統(tǒng)從一種環(huán)境變換到另一種環(huán)境，系統(tǒng)的參數(shù)變化很大，單一的模型是無法精確描述系統(tǒng)的實際變化，將造成較大的系統(tǒng)輸出誤差，有可能出現(xiàn)錯誤的輸出結(jié)果，所以需要用若干個能覆蓋所有系統(tǒng)環(huán)境變化的動態(tài)模型 共同跟蹤系統(tǒng)的參數(shù)變化。早在上世紀 70 年代，就有人提出了多模型理論，最初僅應(yīng)用于控制領(lǐng)域。近年來，多模型方法在其他研究領(lǐng)域也得到了廣泛研究。顧名思義，多模型控制是用多個系統(tǒng)模型來逼近系統(tǒng)的動態(tài)不確定性。多模型控制方法適用于非線性系統(tǒng)中，能夠達到較好的控制精度、跟蹤速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。盡管多模型理論提出的很早，但是在當時沒有引起足夠重視，直到上世紀九十年代末，隨著多模型理論在實際應(yīng)用中得到成功，人們才對這種方法重視起來，尤其在近十年，多模型控制方法在各個領(lǐng)域也越來越受青睞。目前多模型自適應(yīng)控制的研究工作主要集中 在兩個方面：多模型建模方法的研究和多模型控制器的研究。 多模型建模方法的研究：總的來說，多模型建模方法主要分為兩大步驟，首先，訓(xùn)練多個盡可能不相關(guān)的模型，達到能夠覆蓋系統(tǒng)的所有狀態(tài)變化的目的；其次，采用適當?shù)墓沧R規(guī)則，使多個系統(tǒng)模型的輸出達成共識。在建立模型時，既要確保每個模型有較高的輸出精度，又要盡可能降低模型間的相關(guān)性。但是，一般情況下輸出精度和模型間相關(guān)性是相互矛盾的，提高了模型預(yù)測精度往往會提高了模型間的相關(guān)性。因此，在建立模型時，需在模型輸出精度和相關(guān)性之間折衷考慮，以便達到較好的系統(tǒng)輸出效果?，F(xiàn) 階段多模型建模方法主要有： TS 多模型模糊方法、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型方法和局部模型網(wǎng)絡(luò)方法等。 TS多模型模糊方法，是由 Takagi 和 Sugeno 提出的一種動態(tài)系統(tǒng)的模糊辨識方法 [24]，其基本思想是將非線性系統(tǒng)狀態(tài)分為多個模糊區(qū)間，在每一個區(qū)間內(nèi)用線性模型逼近，全局模型可以通過局部模型的插值得到。多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型方法 [25]，其基本思想是利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有逼近非線性函數(shù)的能力，在不同的狀態(tài)區(qū)域內(nèi)，利用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)逼近不同的非線性過程，從而描述含有大量不確定性因素的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。局部模型網(wǎng)絡(luò)方法，其思想是利用 一組線性無關(guān)的基函數(shù)來逼近非線性未知系統(tǒng)函數(shù)，并結(jié)合多模型理論解決復(fù)雜系統(tǒng)的建模問題。 多模型控制器的研究：在上世紀 70年代，由 Lainiotis 和 Athans 提出了卡爾曼濾波器控制，被用來應(yīng)對控制問題中因系統(tǒng)非線性帶來的輸出誤差，這種多模型控制器在當時得到了廣泛應(yīng)用。多模型控制方法主要有：增益調(diào)度控制和多模型自適應(yīng)控制。在環(huán)境變化比較頻繁的系統(tǒng)中，增益調(diào)度控制是一種行之有效的方法。常用來分析單一定常系統(tǒng)無法描述的非線性問題。增益調(diào)度的目標就是通過一系列對應(yīng)不同環(huán)境條件的線性控制法則來逼近非線性系統(tǒng)控制策 略。而多模型自適應(yīng)控制是在傳統(tǒng)自適應(yīng)控制方法無法充分描述復(fù)雜非線性系統(tǒng)性能時提出的。首先，基于被控對象和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不確定性建立多個模型，組成模型集，然后根據(jù)模型集設(shè)計相對應(yīng)的控制器，最后結(jié)合系統(tǒng)所處狀態(tài)，根據(jù)切換準則在模型集中選擇最優(yōu)模型作為系統(tǒng)輸出模型。 第 2 章 OFDM 系統(tǒng)中信道估計技術(shù) 技術(shù)背景 近年來，個人通信和移動無線通信得到迅猛的發(fā)展，同時對傳輸速率和通信的質(zhì)量提出了更高的要求。正交頻分復(fù)用（ OFDM, Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing）和基于多天線陣列的多輸入多輸出（ MIMO, Multiple Input MultipleOutput）技術(shù)被認為是下一代無線通信中的核心技術(shù)。 OFDM 技術(shù)是多載波傳輸?shù)囊环N，其多載波之間相互正交，可以高效地利用頻譜資源。另外， OFDM 將總帶寬分割為若干個窄帶子載波，每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此，每個子信道是平坦衰落，從而可以有效地抵抗頻率選擇性衰落，消除符號間干擾。在 OFDM 系統(tǒng)中，高速的數(shù)據(jù)信號被轉(zhuǎn)換成低速的子 數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。各個子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可以采用快速傅立葉反變換（ IFFT， Inverse Fast Fourier Transform）和快速傅立葉變換（ FFT， Fast Fourier Transform）實現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)（ VLSIC）與數(shù)字信號處理（ DSP， Digital Signal Processing）技術(shù)的發(fā)展， IFFT 和 FFT 都是非常容易實現(xiàn)的。無線信道的頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落都會影響到 OFDM 系統(tǒng)的性能。頻率選擇特性導(dǎo)致接收信號的幅度、相位 和到達時間的劇烈變化，所以，為了在接收端準確恢復(fù)出發(fā)送信號，必須要進行信道估計，獲得所有子載波上的參考相位和幅度，利用估計出來的信道信息對接收信號進行均衡。而時間選擇性將導(dǎo)致 OFDM 系統(tǒng)的子載波不再正交，并引入了子載波間干擾（ ICI），為此，必須對載波間干擾進行補償，消除ICI 的影響，然后進行均衡，消除信道時變特性的影響。 發(fā)展歷史 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果發(fā)射信號的帶寬超過了信道的相關(guān)帶寬，信號通過信道將經(jīng)歷頻率選擇性衰落，信道稱為頻率選擇性衰落信道。我們稱信道呈現(xiàn)頻率選擇特性的數(shù)字通信為 寬帶數(shù)字通信 [1]。在寬帶數(shù)字通信中，如果使用單載波調(diào)制方式，并且接收端沒有采用相應(yīng)的均衡處理消除頻率選擇特性的衰落或者 ISI，系統(tǒng)性能將嚴重惡化，甚至失去通信能力；而系統(tǒng)采用的信道均衡方法在復(fù)雜度和性能之間不能很好地折衷。同時，發(fā)射信號的帶寬超過了信道相關(guān)帶寬，信號各個頻率分量經(jīng)歷不同的衰落，系統(tǒng)具有頻率分集增益的潛力，單載波調(diào)制方式不容易充分地利用該分集增益。 圖 11 Kineplex 系統(tǒng)的子載波功率譜 上世紀 50 年代，研究人員提出與單載波調(diào)制方式相對應(yīng)的多載波調(diào)制方式 Kineplex 系統(tǒng)，將發(fā)射的高速數(shù)據(jù)流分為多個低速的數(shù)據(jù)流在多個載波上獨立并行地傳輸，每一個支數(shù)據(jù)流獨占一個子載波，但是系統(tǒng)總共占用的帶寬和單載波調(diào)制方式相同，在接收端必須用帶通濾波器對子信道進行分離，頻譜效率很低。其功率譜如圖 11 所示。 Chang 于 1966 年提出了允許子信道頻譜相互重疊的并行發(fā)送方案，各個子載波發(fā)射信號的可分性依靠交錯系統(tǒng)兩個正交通道上發(fā)送數(shù)據(jù)的半個符號周期來獲得，子信道間保持 Nyquist 準則下的正交，以此來避免 ICI，在接收端可以獨立恢復(fù)各子載波的數(shù)據(jù)。此后， Saltzberg、 Gibby 分析了這種系統(tǒng)的性能，并得出結(jié)論：有效的并行系統(tǒng)應(yīng)該著眼于減少子信道間的串擾而不是增大子信道的間隔。這種技術(shù)稱為錯正交幅度調(diào)制(Staggered Quadrature Amplitude Modulation, SQAM)，頻譜利用率較 Kineplex 系統(tǒng)提高了一倍。如圖 12 所示。為進一步提高頻譜利用率，正交頻分復(fù)用（ OFDM）的多載波傳輸系統(tǒng)被提出來了。在這種系統(tǒng)中，各個子載波的功率譜緊密地相互交疊，如圖 13 所示。這樣的子載波分割方法大大提高了系統(tǒng)的頻譜利用率。各個子載波之間的頻譜間隔 是保持各個子載波之間正交性的最小間隔。在接收端，子載波信號不是通過傳統(tǒng)的濾波器方法分離出來的，而是通過對接收信號進行基帶處理來實現(xiàn)的。 圖 12 SQAM 系統(tǒng)的子載波