一种适合于频率选择性衰落信道的OFDM信号检测算法

　　引　言

　　正交频分复用(OFDM)作为一种多载波数字调制技术,具有很高的频谱利用率和抗多径能力,在各类通信系统中获得了日益广泛的应用。在没有任何先验信息的条件下自动检测OFDM信号,对软件无线电、通信电子战和频谱监测管理等领域有重要的理论意义和应用价值。目前,对OFDM信号的检测已有一些研究。一般来说,在不同的信道条件下,OFDM信号检测方法也不尽相同。在加性高斯白噪声(AWGN)信道下的OFDM信号检测方法中,最早也是最经典的是Ak-mouche提出的算法[1],该方法利用基带多载波信号近似满足正态分布,而基带单载波信号属于非正态分布的特点,通过检测信号的高斯性来对OFDM信号进行检测。文献[2]在文献[1]的基础上作了改进,不需要计算协方差矩阵和估计符号率,减小了运算量。但是,这两种方法都是在基带进行处理的,因此需要进行载波同步,特别是这两种方法都只适用于加性高斯白噪声信道。在实际复杂的通信环境中,由于频率选择性衰落信道的影响,单载波调制信号也会呈现出高斯性,从而破坏了其非正态分布的特性,所以基于高斯性的OFDM信号检测方法的正确检测率将大大降低。在单径Rayleigh衰落信道下的OFDM检测方法中,文献[3]提出了基于高阶混合矩的盲检测方法,对中频采样值直接进行检测,避免了载波同步处理过程;该方法利用了信噪比和分类特征的联合估计方法,但是计算和迭代过程比较复杂。文献[4]提出了基于累积量的分类特征来区分单载波与OFDM信号,算法比较简单,在高信噪比时具有较高的正确检测率,但是在低信噪比情况下正确检测率较低。在多径慢衰落信道下的OFDM检测方法中,文献[5]提出了基于归一化四阶累积量的检测算法,对OFDM信号的正确检测率较高,但是不同信噪比下的门限不一样,这就需要估计接收信号的信噪比来确定门限值,增加了算法复杂度。在多径Rayleigh快衰落信道下的OFDM检测方法中,文献[6]将文献[3]中的方法进一步应用到双径等功率Rayleigh信道中。文献[7]提出了一种基于高阶累积量组合的方法,在高信噪比的情况下能够有效检测OFDM信号。

　　总体来说,现有的各种方法在特定信道条件下都能较好地检测OFDM信号,但是在低信噪比的情况下检测性能都不高。针对这一问题,本文通过对接收信号累积量的分析,构造了一组新的检测特征量,提出一种新的检测方法,能够显著提高低信噪比和频率选择性衰落信道条件下检测OFDM信号的性能。

　　1　信号模型

　　通常,单载波数字调制信号的基带模型可表示为

其中,A是功率归一化系数,T是符号周期,g(t)是脉冲成型函数; ck是发送的第k个信息调制符号,其调制星座为集合{MFSK,MPSK,MQAM}中的元素,M表示调制阶数。多载波OFDM信号的基带模型可表示为