OFDM系统中的相位噪声抑制算法研究

1、OFDM系统中的相位噪声抑制算法研究论文导读：系统由于各子载波相互正交。带相位噪声的OFDM系统模型。并提出了一些CPE的补偿算法。用空导频估计ICI和噪声能量之和。在接收端用锁相环提取导频并对相噪进行补偿。OFDM系统中的相位噪声抑制算法研究。关键词：OFDM，相位噪声，CPE，ICI，导频0引言正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，既可以看成是一种调制技术，也可以当作一种复用技术。OFDM技术由于其较高的频谱利用率和良好的抗窄带干扰能力而在高速数据传输业务与宽带无线接入系统中得到广泛的应用12，比如在数字视频/音频广播（DVB/DAB）系统,IEEE802.11无线局域网(W

2、LAN)，多媒体移动接入通信（MMAC），非对称数字用户环路（ADSL），数字多媒体广播（DMB），高清晰度电视（HDTV）和多带OFDM超带宽系统（MB-OFDM UWB）等都用到了OFDM技术。科技论文，CPE。同时，OFDM技术已被认为是下一代移动通信系统中的核心技术之一。OFDM系统由于各子载波相互正交，对相位噪声比较敏感，即接收端振荡器非理想因素对输出载波形成随机的相位调制，使各子载波之间的正交性遭到破坏3，导致系统性能下降。相位噪声对OFDM系统的影响包括共同相位误差（CPE）和子载波间干扰（ICI），其中CPE对整个信号星座产生了偏转，而ICI对接收符号产生非对称的随机误差，由于

3、CPE是对整个信号的旋转，故影响也最为严重，因此对CPE的抑制对于提高OFDM系统的性能就显的尤为重要。科技论文，CPE。如果子载波数目较大且各子载波调制信息相互独立，由极限中心定理可知ICI对OFDM的影响与高斯白噪声类似。目前，已有不少文献致力于OFDM系统的相位噪声抑制研究，并提出了一些CPE的补偿算法。文献4和文献5用CPE自适应跟踪的方法，用判决反馈对CPE估计的结果进行一阶滤波，该方法对相邻OFDM符号之间CPE相关性很强的维纳模型的相位噪声有一定效果，但是对高斯色噪声特性的相噪其抑制效果不是很理想，而且该方法中对信道估计的要求很高，不适合实际运用。文献6在OFDM信号的中心位置插

4、入一个功率加大的载波恢复导频，并在导频两边插入若干子载波间隔的频率保护带，在接收端用锁相环提取导频并对相噪进行补偿。该方法的频率保护带占用了大量的带宽，且如果载波恢复导频落入信道深衰处，其性能受到很大影响。同样是基于导频和频率保护间隔的补偿方法，文献7所提的方法在一定程度上改善了性能，但运用了大量的矩阵运算，使复杂度大大增加。文献8中提出一种低复杂度的基于确定点的TPS算法，但该方法的运用是在相位噪声频带比较窄的假设下，限制了其运用。文献9用MMSE方法得到相噪的估计值，用空导频估计ICI和噪声能量之和，该方法在算法复杂度方面以及在AWGN信道条件下的性能还有待提高。本文做如下安排：第一部分对

5、相位噪声对OFDM系统的影响做具体分析，第二部分介绍本文算法，第三部分对算法性能进行仿真和分析，第四部分是结论。1带相位噪声的OFDM系统模型如下图1所示，高速随机数据流经过QAM星座映射，串并变换并加入导频后，第m个OFDM符号的第k个子载波上的调制信号为，；为IFFT变换后信号，并串变换后加入一定长度的循环前缀(CP)，经过模/数转换后发送到信道。图1 带相位噪声的OFDM系统框图接收端接收的时域信号为,经过FFT变换（已去除CP）得到的信号用表示。科技论文，CPE。则接收端的时域信号为：(1)对其进行FFT可得接收端的频域信号:(2)右边第一项的表示相噪引入的共同相位误差（CPE），可见

6、CPE同一个OFDM符号的所有子载波都产生相同的干扰，导致整个信号的星座旋转。第二项表示相噪引入的子载波间干扰（ICI），是随机的，对不同的子载波作用不同。是均值为零，方差为的高斯白噪声，表示信道冲击响应。相位噪声的模型将在下面进行详细说明。2算法描述本文算法具体分为三个步骤：首先通过插入的导频符号对信道与CPE的值进行估计，得到数据符号的初步估计值；然后将这个数据符号估计值运用到线性最小二乘估计法（LLSE）中，进一步得到CPE和数据的估计值；第三步是将CPE和数据的估计值反馈到LLSE方法中，得到更为精确的符号值。假设在发送端插入的导频符号为，为插入的导频数。由(2)式可知接收端收到的导频

7、符号为：(3)上式中的第二部分代表相位噪声产生的ICI，可被认为是零均值，方差为10的高斯分布，这个变量很小，本文中将它看作一个系统噪声，因此(3)式可以写为：(4) 其中表示的是ICI分量，看成是总的系统噪声，该系统噪声服从零均值，方差为的高斯分布。科技论文，CPE。首先在接收端分离出发送的导频符号，由下式得到CPE-信道初始估计值：(5) (5)式得到的是第m个OFDM符号导频上的CPE-信道初始估计值，由线性插值的方法进一步得到该OFDM符号其它子载波上的CPE-信道初始估计值：(6)其中，通过这个估计值结合(4)式得到传输信号其它所有数据子载波的初始估计：，k=0,1,N-1 (7)将(7)式得到的传输符号