【正文】 ogMAP算法需要計算編碼比特的對數(shù)似然比 (LogLikelihood Ratios， LLR)。通過迭代過程，信道編碼的冗余信息在各模塊之間得到有效的傳遞，增強了系統(tǒng)的糾錯能力，從而提高估計的準確性。譯碼模塊采用改進的 LogMAP算法，譯碼后同時得到信息位比特和校驗位比特的軟信息。為了將信道估計和譯碼聯(lián)合考慮，接收機在每次迭代過程中對信道估計值也進行迭代，在 3個模塊之間傳遞更加可靠的軟信息，從而提高信道估計的精度。這里將 其擴展應(yīng)用到 MIMOOFDM系統(tǒng)中。圖 3中， P為所有天線上的導頻序列所組成的導頻矩陣， 1[]NTP P P? … ，這里只是一根天線上的循環(huán)導頻序列，周期為 ()T n NT nN P P? ? ，又滿足正交性，即 HH TPP P P N I?? (4) 其中 I為 TN 階的單位矩陣， ()H? 表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運算。為了方便地處理信號，設(shè)置一個 OFDM符號的不同子載波上的導頻符號是相同的，而不同天線上發(fā)送的導頻符號之間互相正交。發(fā)射端信號的幀結(jié)構(gòu)采用在一幀數(shù)據(jù)前面加入若干個導頻符號的方式，在多天線系統(tǒng)中不同發(fā)射天線上，同一時刻的導頻符號是相互正交的。該判決器從所有 符號映射中選擇一個與 ()idYk歐式距離最短的符號作為最佳判決 ? ()idXk。均衡后的信號為： 1? ?()i i ieeY diag H Y?? （ 8） 步驟 3：從均衡后的信號中抽取數(shù)據(jù)子載波信號 ?idY ，并補償非線性失真 1? ? ?i i id d dY Y a D??? 。 步驟 2：信道均衡。 ? 為N P 的矩陣，其中 , 1, 0,1,l l l? ? ? …， L1其余元素均為 0。然后采用 LS信道估計算法估算信道響?ipH ，并用 DFT插值算法內(nèi)插出所有子信道的信道響 ?iH 。 步驟 1：信道估計。其中， ipX 為限幅后的導頻序列，pX 為原始導頻序列。相應(yīng)的，估計的非線性失真信息將越來越精確，最終達到某一極限。其中，估計的限幅后的導頻序列用于信道的再估計，而失真信息用于數(shù)據(jù)的再判決。估計的信道參數(shù)送入均衡器中，用于均衡信道的頻率選擇性衰落。接收端接收到信號后，首先去除循環(huán)前綴、實施FFT變換，并補償幅度衰落。這也是本文重點研究的內(nèi)容。 此外，還有面向判決反饋的信道估計方法具有較高的有效信息傳輸速率，對于慢時變信道有較好的跟蹤性能，但對于快時變信道，因為信道的快變 造成面向判決信道估計具有較大的殘余誤差，所以跟蹤性能大大下降。 盲估計是指不使用導頻信息，通過使用相應(yīng)信息處理技術(shù)獲得信道的估計值，與傳統(tǒng)的非盲信道估計技術(shù)相比，盲信道估計技術(shù)使得系統(tǒng)的傳輸效率大大提高，然而由于盲信道估計算法運算量太大，收斂速度較慢，靈活性差，這阻礙了它在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用。非盲估計一般指的是基于導頻插入的信道估計方法，首先利用導頻獲得導頻處的信道信息，然后通過插值的辦法獲得所有子載波處的信道信息。 X與 D 是不相關(guān)的。同時假設(shè) OFDM 系統(tǒng)是完全同步的，且不受符號間干擾 (ISI)影響。 信道模型 受多普勒效應(yīng)的影響，無線信道一般為時變的多徑瑞利信道 州。而帶內(nèi)干擾對有用信 號的影響體現(xiàn)在幅度衰落 a和非線性加性噪聲干擾 d( n)兩個方面。 21 1 0 .5 * * ( )g yx x x xa R R e y e rfc y???? ? ? ? （ 4） 限幅濾波造成的非線性失真包含帶外輻射和帶內(nèi)干擾兩部分。從功率角度，定義輸出峰均比 PAPR 2 2 2A /E { | X (k ) | } = r。 為抑制 OFDM 信號的峰均比，通常對發(fā)送信號進行限幅濾波。 OFDM 系統(tǒng)可以很容易地采用不用數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路不同的傳輸速率，從而支持移動通信的非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸。 （ 5） 滿足無線業(yè)務(wù)的非對稱性要求。 （ 4） 采用動態(tài)子載波分配技術(shù)能提高系統(tǒng)性能。而 IDFT 和 DFT 都有相應(yīng)的快速算法（ IFFT/FFT）。 OFDM 系統(tǒng)允許子信道的頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復用系統(tǒng)相比， OFDM 系統(tǒng)可以最大限度地利用有限的頻譜資源。 （ 2） 頻譜利用率很高。 （ 1） 抗多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰落能力強。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和高速器件的發(fā)展， OFDM在 ADSL、VDSL、 DVB、 DAB 和 HDTV 等系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。 圖 13 OFDM 信道的功率譜 OFDM 技術(shù)的主要優(yōu)缺點 OFDM 技術(shù)的應(yīng)用始于 20 世紀 60 年代，主要用在軍事通信中，但是因為結(jié)構(gòu)復雜，限制了進一步推廣。 圖 12 SQAM 系統(tǒng)的子載波功率譜 在 OFDM 系統(tǒng)中，通過合理的子載波設(shè)計，可以使得各個子載波占用的帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，從而各個子載波的信號可以看作經(jīng)歷了平坦衰落。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。如圖 12 所示。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。其功率譜如圖 11 所示。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。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]。而時間選擇性將導致 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。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。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。 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。 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。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雜非線性系統(tǒng)性能時提出的。常用來分析單一定常系統(tǒng)無法描述的非線性問題。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。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雜系統(tǒng)的建模問題。 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。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。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。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。近年來，多模型方法在其他研究領(lǐng)域也得到了廣泛研究。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。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。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)恢復得以可靠實現(xiàn)。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。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。 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)。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。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。估計的限幅導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。 本文針對梳狀導頻系統(tǒng)的特點，提出了新的基于限幅導頻序列的信道估計方法和基于非線性失真消除的信號檢測方法。文獻 [13]研究了梳狀導頻系統(tǒng)的理論信道估計增益，并提出了基于信號重建的信道估計算法。以上所述算法均采用判決反饋方式獲取初始信道估計。文獻 E8]提出了基于 EM一迭代的聯(lián)合信道估計和信號檢測算法，并推導了已知非線性失真信息的 LS信道估計均方誤差的下限。針對限幅濾波造成的系統(tǒng)性能下降問題， Kim 等人首先提出了通過判決輔助重建 (DAR)算法 _6]在接收端重建原始信號，降低非線性失真的影響，文獻 [7]提出通過 迭代方法估計并消除非線性失真。由于信道參數(shù)變化緩慢，故可以適當減少插入導頻序列的個數(shù)，然后又對其進行了實驗仿真，結(jié)果表明，改進信道估計方案的估計性能優(yōu)越性體現(xiàn)的更加明顯。為解決這一問題，提出了兩種改 進的信道估計方案：子數(shù)據(jù)塊借用估計方案和數(shù)據(jù)塊滾動前移估計方案。 根據(jù)無線通信環(huán)境的信道參數(shù)變化快慢的不同，將研究工作劃分為信道參數(shù)變化緩慢和信道參數(shù)變化劇烈兩種情景。通過分析電磁波的傳播，可知無 線信道具有多徑衰落和時變特性，對傳遞的調(diào)制信號在時域和頻域均會產(chǎn)生選擇性衰落。 關(guān)鍵詞 ： OFDM 信道 無線 傳感 器 網(wǎng)絡(luò)