快衰落信道预测算法的研究.doc

II河北科技大学河北科技大学成人高等教育毕业设计说明书学生姓名：李宝俊学号：1711847院站：河北科技大学张家口函站学习形式：函授层次：本科专业通信工程题目：快衰落信道预测算法的研究指导教师：王丽琴评阅教师：白树森2019年4月25日毕业设计说明书I摘要为在频谱资源有限的移动通信系统中，实现高速率、高效率、高稳定和高质量的无线数据通信，自适应传输技术逐渐发展成为业界研究的热点之一。为实现自适应传输方法，传输过程中的信道状态信息（CSI）必须是可知的。信道预测的目的就是为自适应传输做准备。目前有很多信道预测算法在移动信道下获得了可靠的性能。例如最大熵方法（MaximunEntropyMethod）、长距离预测算法（LRP，Long_RangePrediction）、ESPRIT算法。本文以窄带信号传输的平坦快速衰落信道为前提，对信道预测算法进行了研究。本文研究的内容主要分为两个部分：第一部分简单介绍了利用最大熵算法、长距离预测算法和基于共轭数据重排的C—ESPRIT算法进行信道预测的原理。第二部分介绍了基于采样数据矩阵奇异值分解的ESPRIT算法，主要对该种算法进行了仿真和分析。关键词：平坦快速衰落信道；信道预测；采样数据共轭重排；奇异值分解毕业设计说明书目录摘要I目录II第1章绪论11.1课题背景11.2课题研究的历史和现状11.3课题研究的内容21.4章节安排2第2章理论基础22.1移动信道22.2最小二乘估计6第3章信道预测算法73.1最大熵算法73.2长距离预测算法83.3C-ESPRIT算法9第4章基于采样数据矩阵的奇异值分解的ESPRIT算法114.1平坦快速衰落信道模型114.2算法原理12结论15参考文献16致谢17燕山大学本科生毕业设计（论文）毕业设计说明书21第1章绪论1.1课题背景移动信道的传播特性对移动通信技术的研究规划和设计十分重要，历来是人们非常关注的研究课题。在移动的信道中，无线移动通信的信道非常复杂，使无线通信系统的性能有很大的局限性。发送到接收机的信号会受到传播环境中地形、地物的影响而产生绕射、反射或散射，因而形成多径传播。多径传播将使接收端的合成信号在幅度、相位和到达时间上发生随机变化，严重地降低接收信号的传播质量。这就是多径衰落（即快衰落）。也正是由于快衰落的影响，严重的限制了通信系统的性能。需要出现新的调制、编码、功率控制等方法，更有效的应用于衰落信道。最近，A.J.Glodsmith和S.G..Chua等人正在研究一些新的自适应传输技术，例如自适应调制、自适应编码、自适应功率控制，自适应天线阵列系统等。这些自适应传输方法，都是通过瞬时监视信道条件，来调整调制水平、符号率、码率、传输功率等级、传输天线增益或者与这些参数相关的一些方面。它们都是尽量在不牺牲误码率性能的同时，更有效的利用功率和频谱，来实现更高的信息传输速率。实际中，为了实现自适应传输方法，传输过程中的信道状态信息（CSI）必须是可知的，接收机需要估计出CSI，并通过反馈信道传输给发射机，发射机就可以利用这些信息来确定自适应传输方法了。所以说，只有在已知未来衰落信道系数的前提下，才有可能实现自适应的传输方法，也就是这次课题所要完成的目的：提前预测衰落信道系数，以满足自适应传输方法的需要。1.2课题研究的历史和现状过去研究的问题都是估计当前衰落信道的状态，是采用统计描述去估计快速变化的衰落信道系数，例如，应用卡尔曼滤波器的最小均方误差（MMSE）估计方法，这种方法中采用的是高斯Markov衰落模型。然而希望能够预测未来衰落信道系数，这项工作要通过卡尔曼滤波器和当前的其它自适应信道估计技术是办不到的，因为这些方法一次只能预测一个系数。预测未来衰落信道系数是近期才有人提出的，T.Eyceoz，A.Duel-Hallen和H.Hallen等人都在进行信道预测算法的研究。本文所指的信道是窄带传输的平坦快速衰落信道，通常建模为杰克（Jakes）模型，即几个复值正弦信号的和，噪声为加性高斯白噪声（AWGN），近似认为正弦信号的参数（幅度多普勒频移fn和相位）不会变化。目前有很多信道预测算法在移动信道下获得了可靠的性能。如最大熵方法（MaximumEntropyMethod）、长距离预测算法（LRP，Long-RangePrediction）、ESPRIT算法、root-MUSIC方法、以预测为基础的神经网络、非线性Volterra自适应预测、以预测为基础的Prony算法等。1.3课题研究的内容在只考虑窄带信号传输的平坦快速衰落信道的前提下，（即信道模型为标准杰克模型，假定衰落信道系数是平稳的，幅度，多普勒频移和相位都是保持不变的），介绍了目前比较常用的信道预测算法最大熵算法（MaximumEntropyMethod）、长距离预测算法（LRP