高速移动无线信道自适应mlse均衡算法的.研究与仿真

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：弦、务咿签字日期：抛g年6月，．口El致谢本论文的工作是在我的导师朱刚教授的悉心指导下完成的，朱刚教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来朱刚老师对我的关心和指导。现代通信实验室的

2、各位老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向老师们表示衷心的谢意。朱刚教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，姚道仓、曹建飞等同学对我论文中的无线信道、信号处理方面的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学斗k。1绪论1．1引言随着交通运输业的迅猛发展，铁路作为我国的重要运输工具之一，面临着严峻的挑战，铁道部提出了列车提速，逐步发展高速列车的战略目标。高速铁

3、路移动传播环境有其自身的特点，特别是列车的移动速度较高，一般在300Km／h至500Km／h。但目前运用于铁路上的数字移动通信系统，如GSM系统，其最初设计目标主要是满足汽车或行人之间的移动通信，其最高移动速度为250Km／h[¨。因此其中的一些技术无法满足高速铁路环境下的设计要求。与普通的移动通信环境相比，高速铁路环境中的无线信道最突出的问题是多普勒频移。由多普勒频移公式【2J：．疋=’，奎eos0／2可知，当移动速率和载波频率增大时，多普勒频移的变化显著。在载频为900MHz时，当车速为300Km／h时，最大多普勒频移为230Hz，当车

4、速为500Km／h时，最大多普勒频移为417Hz。当多普勒频移增大时，会引起时间选择性衰落f2】，这会对误码率产生明显影响。1．2自适应MLSE均衡研究现状目前，针对高速无线环境下多普勒频移问题的研究主要有以下几个方面：1、把多普勒效应作为分集的另一种方式，利用分集技术来解决多普勒频移问题【3114115】；2、把多普勒频移(扩展)视为不利因素加以补偿或减弱其负面影响，其基本思想是在接收端估计出频偏值，再用均衡或同步的方法进行补偿校正【6】【7】【s】。本文主要是从均衡角度入手来考虑解决问题的方法，并把MLSE均衡器作为研究重点。这是因为相

5、较于线性均衡(LE)和判决反馈均衡(DFE)，MLSE均衡器在具有严重IsI的信道中具有更优的性甜12】。但是MLSE本身存在两个缺陷：判决延迟较大和算法复杂度较高【l邵。判决延迟较大是由于Viterbi算法本身存在固定的译码时延，使信道估计器在采用尝试判决时不可避免的引入了时延，难以实时跟踪信道变化；算法复杂度高是由于MLSE使用Viterbi算法进行网格搜索，而网格图中的状态越多，MLSE的算法复杂度就越高，并且网格图中的状态数是与信号星座图的大小和信道脉冲长度相应呈指数增加。针对判决延迟较大的问题，目前主要有以下几种改进方法【6】：1

6、)用一个较小的固定延迟d的尝试判决来跟踪信道【131，d通常取信道脉冲响应长度Lo2)用相应于足够长的固定时延d的尝试判决，再联合一个适当定义的信道估计裂14][zs】来估计信道的变化。3)采用逐幸存序列处理(PSP)的方法，可以得到零时延的信道估计【91。PSP算法能够有效减少误差扩散，可以看成是高质量、零延迟的判决。针对MLSE算法复杂性较高的问题，目前的研究工作主要集中在：1)通过在最大似然检测器之前对接收信号进行预处理来减少ISI横跨的长度。所采用的方法是：在维特比检测器之前采用一个线性均衡器(LE)或判决反馈均衡器(DFE)，将I

7、SI的跨度减少到比较小的特定长度【16】【m。其中LE和DFE起到了对信道响应进行均衡的作用，它将信道响应均衡到一个特定短持续时间的部分响应特性。这使得之后的维特比检测器能以充分低的复杂性来处理这个特定响应。2)直接通过减少幸存序列的数目来降低维特比检测器的复杂性。这主要是通过简化状态序列估计来实现的。例如，带有FIR前置滤波器的RSSE．PSP[18】就属于这一类。其中的FIR前置滤波器使得全信道近似呈现最小相位特性，有用信息的能量集中在信道脉冲响应的前面部分，从而达到简化状态序列估计的目的。3)采用基于簇的序yd,l'i!i-kl--(

8、CBSE)t19]leo]。CBSE的特点是：利用生成簇中心的内在机制，实现对簇中心的直接估计，避免了卷积计算，从而达到降低算法复杂度的目的。1．3研究内容针对高速铁路无线信道中