高速移动环境下WiMAX系统多普勒频移估计技术研究(2)

高速移动环境下WiMAX系统多普勒频移估计技术研究 论文

第1期郑洪江:高速移动环境下WiMAX系统多普勒频移估计技术研究

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的。设两个子载波的频率分别为fk和fi,它们相差1/T的整数倍。则如式(1)所示,周期内积分为正交

。

(1)

　　假设信噪比无穷大,并且用协方差函数的上界代替真实的协方差

:

(4)

OFDM在某种程度上类似于FDM(频分复

把式(4)(3),,可以化

(5)

用),它们都是将可用的带宽分成许多个子信道,但

是FDM的各个子载波是完全隔开的,每个子信道为一个用户专用,频谱之间没有重叠;而各个子信道载波之间有重叠,交的,,因此,OFDMFDM。

在OFDM系统的实际应用中,可以采用更加方便快捷的快速傅立叶变换(IFFT/FFT)来实现调制和解调。N点IDFT(反离散傅立叶变换)运算需要实施N2次的复数乘法,而IFFT可以显著地降低运算的复杂度。对于常用的基2IFFT算法来说,其复数乘法的次数仅为(N/2)log2(N),而采用基4IFFT算法来实施傅立叶变换,其复数乘法的数量仅为(3/8)N(log2N-2)。计算机技术的高速发展,使得大量运算的快速实现和高速存储器成为可能,这也加速了OFDM的实用化,在WiMAX系统中,OFDM技术为关键技术之一。

　　文献[3]认为在低速环境下上式中后三项之和远远小于第一项,因此将上式简化得到Rayleigh

信道下对数包络估计算法:

(

6)

　　但在高速环境下急剧下降,

大大增加,导致协方差值

值增大,这样就不能认为(5)式内

的后三项之和远小于第一项,因此,式(6)并不适用于高速移动环境下Rayleigh信道中多普勒频移估计。经过试验,高速移动环境下,Rayleigh信道中适用的最大多普勒频移估计算法[4]

,其算法如下:

(7)

3　多普勒频移估计

在高速移动环境下,信号经过WiMAX系统的无线信道传输后会发生畸变。其中,影响系统性能最明显的因素就是多普勒频移。消除多普勒频移对WiMAX系统性能的影响,成为提高高速移动环境下WiMAX系统性能的关键。为了有效地消除多普勒频移,需要在WiMAX系统的接收端估计多普勒频移的大小。目前已有的估计多普勒频移的方法主要为:基于包络极值率(ROM)的估计和基于对数包络平方的估计。

相关文献研究表明,信道包络统计特性与信道衰落速率有关,而信道衰落速率与多普勒频移成正比关系,因此可以采用对数包络的相关特性估计多普勒频移[3]。针对Rayleigh衰落信道,提出的核心统计量为

:

(2)

　　利用均匀分布指数信道模型比较上面列出的多普勒频移估计算法的性能。在信道模型中,各径在时间上均匀分布,相邻时间间隔为tm,各径以12/NpdB的能量衰减,其中Np为多径数目。对于12

径信道,tm=0.0148us,最大延时为0.1628us,延时扩展为0.043us。仿真图形如图

1所示:

　　其中N1为样本数目。如果样本数目足够大,

则

图1　多普勒频移估计曲线