基于壓縮感知的無線OFDM信道估計(jì)及導(dǎo)頻優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，壓縮感知(CS)理論受到了應(yīng)用數(shù)學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域的高度關(guān)注，它能夠以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率的速率對(duì)稀疏信號(hào)進(jìn)行采樣，接收端能采用最優(yōu)化算法從非常有限的采樣值中有效地重建稀疏信號(hào)。將壓縮感知應(yīng)用于正交頻分復(fù)用(OFDM)和多輸入多輸出正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)的信道估計(jì)中能夠大大降低導(dǎo)頻的數(shù)量，并獲得良好的信道估計(jì)性能。傳統(tǒng)的信道估計(jì)認(rèn)為等間隔的導(dǎo)頻放置方式是最優(yōu)的，但是在基于CS的信道估計(jì)中這一結(jié)論不成立。因此，基于C

2、S的信道估計(jì)中的導(dǎo)頻位置（或叫導(dǎo)頻圖案）優(yōu)化問題需要專門研究。本文重點(diǎn)研究了OFDM系統(tǒng)、不連續(xù)子載波正交頻分復(fù)用(NC-OFDM)系統(tǒng)和MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于CS的信道估計(jì)及其相應(yīng)的導(dǎo)頻位置優(yōu)化問題。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1) OFDM系統(tǒng)時(shí)域稀疏的信道估計(jì)問題被建模為CS中的稀疏信號(hào)重建問題，根據(jù)壓縮感知信道估計(jì)的模型首次提出導(dǎo)頻位置的選取直接決定恢復(fù)矩陣這一結(jié)論?；谧钚』謴?fù)矩陣的互相關(guān)值和最小化本論文提出的新參

3、數(shù)即恢復(fù)矩陣調(diào)整的互相關(guān)值，提出了兩個(gè)運(yùn)用于CS信道估計(jì)的導(dǎo)頻優(yōu)化準(zhǔn)則。仿真結(jié)果表明，與其他的導(dǎo)頻位置集合相比，使用這兩個(gè)準(zhǔn)則獲得的最優(yōu)導(dǎo)頻位置集合能夠明顯地降低CS信道估計(jì)的均方誤差(MSE)和系統(tǒng)的誤比特率(BER)。另外，通過最小化調(diào)整的互相關(guān)值獲得的最優(yōu)導(dǎo)頻位置集合比最小化相關(guān)值獲得的導(dǎo)頻位置集合能夠獲得更好的估計(jì)性能。
　　2)利用基于CS信道估計(jì)導(dǎo)頻可以不規(guī)則放置的特性，提出了一種基于CS的NC-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)新

4、方法。研究了認(rèn)知無線電NC-OFDM系統(tǒng)CS信道估計(jì)的理論框架和信道估計(jì)算法，提出了兩種導(dǎo)頻位置集合的設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果表明，同已有的NC-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)方法相比，CS信道估計(jì)能夠在多種禁用子載波場(chǎng)景下，使用較少導(dǎo)頻獲得更好的信道估計(jì)性能和更低的系統(tǒng)BER。
　　3)研究了基于CS的MIMO-OFDM信道估計(jì)中的導(dǎo)頻分配問題。基于CS的MIMO信道估計(jì)的特點(diǎn)是采用導(dǎo)頻頻分放置將MIMO信道分解成單輸入單輸出(SISO)信道，

5、并用CS重建算法估計(jì)該SISO信道。提出了兩種導(dǎo)頻分配方法，一個(gè)是最小化互相關(guān)集合中最大值的方法，另一種方法是基于遺傳算法和移位機(jī)制的方法。仿真結(jié)果表明，使用這兩種方法優(yōu)化后的導(dǎo)頻可以明顯減小信道估計(jì)的MSE和系統(tǒng)的BER。另外，第二種導(dǎo)頻分配方法的性能更加優(yōu)越。
　　4)基于分布式壓縮感知(DCS)的MIMO-OFDM信道估計(jì)是通過一次DCS重建算法同時(shí)估計(jì)出所有收發(fā)天線對(duì)之間的稀疏信道。本文研究了基于DCS的MIMO-OFDM

6、信道估計(jì)中最優(yōu)的導(dǎo)頻分配方法。通過將DCS信道估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為分塊稀疏重建問題，提出了一類與互相關(guān)值有關(guān)的導(dǎo)頻位置優(yōu)化準(zhǔn)則。依據(jù)此準(zhǔn)則，提出了一種基于遺傳算法的導(dǎo)頻位置優(yōu)化算法。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的使用均勻?qū)ьl的LS信道估計(jì)相比，使用該方法獲得的最優(yōu)導(dǎo)頻能夠使基于DCS的MIMO信道估計(jì)提高頻譜有效性約36％，同時(shí)獲得1.5dB的BER增益;與基于CS的MIMO信道估計(jì)相比，在獲得相同的BER性能的條件下，基于DCS的MIMO信道估計(jì)也