最大期望演算法用於正交分頻多工之相位雜訊移除與通道估計

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姓名

楊善任(Shan-Ren Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

最大期望演算法用於正交分頻多工之相位雜訊移除與通道估計
(An EM Algorithm for Phase Noise Removal and Channel Estimation in OFDM Systems)

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摘要(中)

在正交分頻多工系統中，由相位雜訊所產生的共同相位錯誤與子載波間干擾，會影響載波間正交性並大幅降低系統效能。於許多文獻中已提出一些解決方式，在我們的研究中，利用最大期望演算法估計相位雜訊並抑制雜訊的干擾，以求得更準確的相位雜訊估計值。為了應付在時變通道造成的通道效應，加入決策回授機制，但由於決策回授機制有其錯誤傳播效應，因此我們結合最大期望演算法的通道估測方式彌補決策回授機制在高雜訊下準確性的不足。而從訊號干擾比與位元錯誤率的模擬分析中，亦可以看出我們演算法效能較為優異，而在時變通道中，我們所提出的方式可以有效的偵測通道變化，降低位元錯誤率。

摘要(英)

The common phase error (CPE) and the intercarrier interference (ICI) due to the phase noise arisen in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system can significantly reduce system performance. In contrast to previous proposals in the literature, we study the maximum-expected (EM) algorithm to obtain more accurate estimate of the phase noise and to suppress the resulting ICI. To consider the application in a time-varying channel environment, the channel estimation method is implemented by the combination of the EM algorithm and a decision feedback method to take advantage of both merits in order to prevent from the influence of decision errors at low SNR. From performance analysis and simulations of SINR and BER for the proposed algorithm, the simulated SINR results are close to the analyzed ones and the BER performance has better result than the previous work.

關鍵字(中)

★ 相位雜訊
★ 最大期望演算法

關鍵字(英)

★ maximum-expected (EM) algorithm
★ phase noise

論文目次

目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
圖目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III
表目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV
第 1 章序論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 章節架構介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
第 2 章系統模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 傳輸信號模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 相位雜訊模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 接收訊號模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
第 3 章基於最大期望演算法的相位雜訊與通道估計 . . . . . . . . . . 10
3.1 最大期望演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 過去文獻使用最大期望值演算法估計相位雜訊的做法 . . . . . 12
3.3 相位雜訊估計使用最大期望演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.1 各信號的密度函數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.2 期望步驟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.3 最大化步驟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4 通道估計與追蹤方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.1 使用訓練符元估計通道 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.2 通道追蹤利用決策回授機制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.3 通道追蹤利用最大期望演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4.4 平滑化裝置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4.5 決策回授機制與最大期望演算法的選擇機制 . . . . . . . . . . . 26
3.5 初始值的設置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5.1 訓練符元的初始值設置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5.2 資料符元的初始值設置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
第 4 章性能分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1 訊號干擾比定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 理想補償相位雜訊干擾的 SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3 理想補償共同相位雜訊的 SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 使用相位雜訊估計參數補償之 SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 不補償相位雜訊干擾之 SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.6 SINR 分析討論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
第 5 章模擬與結果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.1 系統模擬參數與通道模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2 在已知通道的情形下之模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.3 估計靜態通道的情形下之模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.4 估計時變通道的情形下之模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
第 6 章結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
附錄 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
附錄 B . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

參考文獻

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指導教授

張大中(Dah-Chung Chang)

審核日期

2010-8-17

推文