高速移动环境下基于OFDM的LTE系统ICI消除技术综述

在高速移动环境下,基于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的长期演进(longterm evolution,LTE)移动通信系统受信道快速时变引起的多普勒频偏影响,产生子载波间干扰(inter-carrier-interfer-ence,ICI),严重破坏系统性能。ICI成为LTE技术在高速移动场景下应用的一个难点。在分析多普勒频偏及ICI成因的基础上,总结国内外通过编码自消除、均衡、迭代判决反馈消除、时域快变信道估计等方法消除高速移动引起的OFDM系统ICI的主要方法,分析并指出现有方法存在的问题。在此基础上,介绍了最新提出的OFDM频域快变信道估计的思想。报道了LTE上、下行链路正交频分多址接入系统中相关问题的研究情况,并对后续的研究工作提出了展望。     

基于TD-NLMS的航空移动通信OFDM系统载波频率偏移消除

针对航空移动通信中时变的信道环境和多普勒频移造成的子载波间干扰(ICI),提出了一种时域自适应归一化最小均方误差算法(TD-NLMS)来消除航空移动信道正交频分复用(OFDM)系统中载波频率偏移引起的干扰.该算法首先对接收的时域信号进行频偏预估计和预补偿,然后对剩余载波频移进行消除.仿真结果表明:在航空移动信道环境中,新算法可以很好的对旋转相位进行补偿,与最小二乘算法相比,误码率性能有明显提高,可以实现对载波频率偏移的消除.     

采用导频子载波的OFDM系统频偏跟踪算法

为了进一步提高多径快衰落环境下,正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)系统的载波频偏估计精度,研究了利用在OFDM符号中插入的导频子载波进行小数倍频偏跟踪的算法在多径快衰落信道下的频偏跟踪性能.通过与常规的基于循环前缀的跟踪算法进行比较,采用导频子载波的频偏跟踪算法,不仅在高斯白噪声信道下能达到很好的频偏跟踪性能,而且在多径快衰落信道下也能实现更准确的频偏估计,因此采用导频子载波的算法更适合用于多径快衰落信道下的频偏跟踪.     

时变瑞利信道中存在频偏的OFDM系统性能分析

分析了时变瑞利信道中存在载波频率偏移的正交频分复用(OFDM)系统的性能.首先计算和分析了接收信号不同分量的功率(期望信号、载波间干扰、噪声),然后给出了16-QAM正交频分复用系统的误比特率.理论分析与仿真结果表明:(1)频偏和信道变化极大地降低了0FDM系统的性能;(2)由频偏或信道变化造成的载波间干扰主要集中在循环相邻的几个子载波边界,这一结论对于开发低复杂度载波问干扰消除算法非常有用;(3)频偏对正交频分复用系统性能的影响可等效为信道变化的影响,提出了一个包含载波频偏的时变信道模型.     

一种自适应的OFDM频偏估计方法

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplxing,OFDM)对于载波频偏极其敏感,这种频偏来源于接收端载波与发送端载波的频率差异以及多普勒频移,从而带来了严重的载波间干扰(inter-carrier interference,ICI),限制了系统的性能．为克服该问题,提出了一种利用虚载波(virtual carrier,VC的基于子空间方法的频偏估计算法,并研究了它的自适应实现．仿真结果表明该方法估计得到的频偏值与设定值吻合得很好。     

采用导频子载波的OFDM系统频偏跟踪算法

为了进一步提高多径快衰落环境下,正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）系统的载波频偏估计精度,研究了利用在OFDM符号中插入的导频子载波进行小数倍频偏跟踪的算法在多径快衰落信道下的频偏跟踪性能。通过与常规的基于循环前缀的跟踪算法进行比较,采用导频子载波的频偏跟踪算法,不仅在高斯白噪声信道下能达到很好的频偏跟踪性能,而且在多径快衰落信道下也能实现更准确的频偏估计,因此采用导频子载波的算法更适合用于多径快衰落信道下的频偏跟踪。     

存在载波频偏和信道估计偏差影响的空相关多用户MIMO-OFDM系统的性能分析

为进一步了解载波频偏和信道估计偏差在空相关多用户MIMO-OFDM系统中的作用,对存在载波频偏和信道估计偏差影响的上传多用户MIMO-OFDM系统的性能进行了解析和仿真研究.推导了在载波频偏和信道估计偏差影响下的空相关多用户MIMO-OFDM系统的有效数据符号的信号干扰噪声比表达式,给出了多用户MIMO-OFDM系统的符号差错性能指标.研究表明,理论计算与计算机仿真的系统符号差错性能结果在各种载波频偏和信道估计偏差情况下都比较吻合.     

一种适用于正交频分复用系统的ICI抑制改进算法

针对高速移动环境下多普勒频偏造成移动信道的快衰落和正交频分复用(OFDM)系统中子载波间干扰(ICI)问题,基于排序串行干扰抵消(OSIC)思想和空间交替广义期望最大化算法(SAGE),提出了一种改进SAGE算法,用于ICI抑制.仿真结果表明,该算法提高了在ICI环境下信道估计的准确性,从而获得带宽效率和复杂度的均衡,对系统性能改善尤为明显,在不增加复杂度的情况下,性能优于现有的SAGE算法.     

一种改进的MIMO-OFDM系统频偏估计方法

针对传统的2个训练符号的载波频偏估计算法提出一种改进算法,并设计出一种新的频偏估计器对多入多出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统的不同信道的整数频偏和小数频偏进行估计.该算法仅利用单个训练符号来进行频偏估计,其训练符号采用正交性良好的Walsh序列来设计,用以区分不同的信道;利用同一训练符号内相邻的偶数子载波上数据的差分关系完成整数频偏估计.仿真结果表明,新的频偏估计器可以获得较好的载波频偏估计性能.     

FMT和OFDM在频偏影响下的可达比特率性能比较

滤波多音（filtered multi-tone,FMT）和正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）同属于多载波调制技术,FMT子信道频谱不重叠,OFDM子信道频谱正交．频谱特性的差异导致对各种干扰的敏感性不同．FMT技术的频谱特性使其可以有效克服信道间干扰（ICI）,但需要在接收端加入有效均衡器以消除符号间干扰（ISI）．OFDM的频谱正交性容易受到ICI的影响被破坏．分析AWGN环境中,频偏对FMT和OFDM系统造成的干扰,通过计算机仿真比较频偏对两种系统的可达比特率性能的影响．     

MIMO-OFDM通信系统中频域均衡方法消除ICI干扰

通过对MIMO-OFDM系统模型的分析,尝试了两种对抗由于信道的时变和频率选择性引起的ICI干扰的频域均衡方法。本文利用了MIMO-OFDM通信系统的ICI干扰模型的特点,采用逐个分组做频域均衡的方法,而非一个符号一个符号地均衡。仿真结果表明,这两种方法在一定程度上改善了系统性能。     

OFDM系统中ICI消除方法的性能比较

OFDM系统对频率偏移极为敏感,频率偏移将导致子载波之间失去正交性,于是产生子载波干扰(ICI),从而降低系统性能.针对载波间的干扰,通过对由频率偏移导致的ICI进行理论分析,对抑制ICI的3种方法（基于符号变换的自消除方法、扩展（Kalman）滤波方法（EKF）及频域编码法）进行了性能比较,比较结果表明,频率编码法在不减少频谱利用率的前提下能有效地降低系统的频间干扰.     

基于信道分割级联的正交频分复用子载波干扰消除算法

在高频段正交频分复用（OFDM）系统中子载波间干扰（ICI）较大,运用信道分割方法,将线性时变信道近似等效为时不变信道与无时延时变信道的级联,从而在接收端实现一维均衡抑制ICI,避免了高复杂度的信道频域响应矩阵的计算和求逆过程.分析和仿真表明,相对于现有的利用ICI相邻载波分布特性的低复杂度最小均方误差算法,算法在几乎不损失系统性能的同时,可将复杂度降低到O(N).     

FH-OFDM系统自相关频偏估计的敏感性研究

研究了FH-OFDM系统中频率偏移估计的问题,与传统的OFDM系统不同,在FH-OFDM系统中,必须确认在完成频偏估计之前的频率变换需要达到的精度.通过计算接收信号与接收机中的跳频频率合成器产生的频率之间的跳频时间偏移(FHO)和跳频相位偏移(PHO)得到跳频频率的精确性.在多径衰落信道中特定FHO和PHO值的情况下,对系统中自相关算法性能进行了仿真,结果与理想跳频情况下的性能对比表明,基于自相关原则的频偏估计算法对抗不超过跳频时间的一半的频偏非常有效.     

V-BLAST OFDM中的载波间干扰分析

从理论上分析了垂直贝尔实验室分层空时结构(V-BLAST)正交频分复用(OFDM)系统中,由于无线移动信道的时变性引入的多普勒(Doppler)扩展所导致的载波间干扰(ICI).推导了瑞利(Rayleigh)平坦衰落信道下ICI功率的理论结果,并用平均矢量误符号率(AVSER)分析了存在ICI时系统在最大似然(ML)检测下的理论性能.分析结果表明,由多普勒扩展导致的ICI会使系统产生较为严重的性能平层;利用多个接收天线所提供的空间分集可在一定程度上抑制ICI,从而改善系统性能.     

载波频率偏差对变换域通信系统性能的影响分析

针对载波频率偏差导致变换域通信系统的接收信号幅度下降并产生载波间干扰的问题,通过建立系统模型,推导出了载波频偏存在情况下系统误码率的解析式,在此基础上,分析了子载波个数、频谱使用率以及载波频偏与系统输出信噪比的关系,以信噪比损失为度量,定量地给出了载波频偏对系统性能的影响,最后进行了仿真验证,仿真结果与数值分析高度吻合。仿真结果表明:频偏显著影响系统性能,且归一化载波频偏大于0.6时与误码率之间会出现地板效应;为避免系统性能恶化,归一化频偏应控制在0.05的范围内。     

一种基于IEEE 802.16d的OFDM载波跟踪算法

利用OFDM符号中插入的导频信号,提出了一种基于IEEE802.16d标准的载波频率偏移跟踪的优化算法,该优化算法基于最小均方误差准则(MM SE).估计过程中,同时考虑载波频率偏移产生的2方面影响:在某个OFDM符号内,与子载波位置无关的固定相位旋转和幅度衰减;载波正交性破坏引入的载波间干扰(ICI).对于载波间干扰能量的估计则充分利用了空子载波提供的信息.仿真结果表明,基于MM SE准则的频偏跟踪算法由于减小了ICI的影响,所以比忽略ICI只考虑固定相位旋转量的跟踪算法能够更有效地减小系统的误码率和均方误差.     

相位噪声下OFDM系统中的信道估计与均衡

分析了相位噪声对正交频分复用（OFDM）系统的影响,发现相位噪声不仅产生通用相角错误（CPE）,而且还会产生载波间干扰（ICI）,这都使OFDM系统的性能急剧恶化,因此必须对CPE和ICI进行校正,文中给出了基于MSE准则的CPE校正方法,考虑到ICI干扰主要来源于相邻信道,进而提出了基于LMS法则的自适应相邻信道干扰消除方法,整个算法简单高效。仿真结果表明,所提出的算法大大改善了OFDM系统的性能。