【正文】 畢業(yè)設(shè)計論文 基于 OFDM 技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的信道估計的研究 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................. 1 研究內(nèi)容及背景意義 ........................................................................ 1 本論文所做的主要工作 .................................................................... 2 2 OFDM 系統(tǒng)簡介 .......................................................................................... 3 單載波通信與多載波通信 ................................................................ 3 OFDM 基本原理 ................................................................................ 5 OFDM 的優(yōu)缺點 ................................................................................ 6 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) ..................................................................... 7 3 OFDM 信道估計及其性能仿真 .................................................................... 9 信道估計概述 ................................................................................... 9 信道估計的目的 ..............................................................................10 OFDM 信道特性 ...............................................................................10 信道估計方法 ..................................................................................13 插入導(dǎo)頻法信道估計 ............................................................13 最小平方 (LS)算法 .................................................................14 最 小均方誤差估計 (MMSE)...................................................17 線性最小均方誤差 (LMMSE)算法 .........................................18 基于 DFT 變換的信道估計 ....................................................19 性能比較與分析 ...............................................................................21 4 改進(jìn)的 DFT 算法及其性能仿真 ................................................................23 算法簡介 ..........................................................................................23 性能仿真 ..........................................................................................25 5 結(jié)論與展望 ................................................................................................30 參考文獻(xiàn) .......................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 答 謝 .........................................................................................................31 1 1 緒論 研究內(nèi)容 及 背景 意義 近 30 年來，移動通信領(lǐng)域經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字， 窄帶到寬帶， 低 數(shù)據(jù)傳輸速率到高 數(shù)據(jù) 傳輸速率的演變。 第一代 (1G:AMPS、 TACS)和第二代(2G:GSM、 IS95CDMA)移動通信只能提供語音 業(yè)務(wù) 或部分低數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了實現(xiàn)個人通信，移動互聯(lián)網(wǎng)，高清視頻點播等 超 寬帶，高數(shù)據(jù)傳輸速率業(yè)務(wù)，人們相繼提出第三代 (3G:CDMA20xx、 WCDMA、 TDSCDMA)和第四代 (4G： LTE TDD、LTE FDD)移動 通信 ，而其中的關(guān)鍵技術(shù)之一 —— 正交頻分復(fù)用 (OFDM)成為研究熱點 。 OFDM 技術(shù)的提出可以追溯到上世紀(jì) 60年代，但由于當(dāng)時大規(guī)模集成電路的限制， OFDM 并未得到重視。直到 1982 年， Weinstei 和 Ebert 提出基于離散傅里葉變換 (DFT)的 OFDM 基帶調(diào)制，才使得人們開始重視這一技術(shù)。 1990年， Peled 和 Ruiz 提出的循環(huán)前綴 (Cyclic Prefix,CP)，解決了信道正交性問題。加之高速 DSP 技術(shù)，自適應(yīng)技術(shù)，軟件無線電 技術(shù) 的日益成熟， 如何將OFDM 技術(shù)應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)，成為人們亟待解決的問題。 經(jīng)過多年的發(fā)展， OFDM 技術(shù)已成功應(yīng)用到數(shù)字音頻廣播 (DAB),數(shù)字視 頻廣播 (DVB)， 高清電視 (HDTV)， 視頻點播 (VOD)， 無線局域網(wǎng) (WLAN)等通信領(lǐng)域 。例如 1999年到 20xx年期間， 清華大學(xué)成功研發(fā)出 DMBT數(shù)字電視傳輸系統(tǒng) ；歐共體研發(fā)的數(shù)字視頻地面廣播 (DVBT)錯誤 !未找到引用源。 。 在移動通信中 ， 無線信道往往受到高層建筑物，河流，森林，山脈等的影響 而呈現(xiàn)多徑特性 。為了更好地適應(yīng)信道傳輸，發(fā)送端通常采用調(diào)制技術(shù)； 2 相應(yīng)地，接收端要獲得原始信息，必須對接收信號進(jìn)行解調(diào)。 解調(diào) 一般分為非相干解調(diào)和相干解調(diào) 兩大類 ，非相干解調(diào)適用于低速傳輸?shù)南到y(tǒng)， 對于多進(jìn)制調(diào)制的高速傳輸系統(tǒng)，大多數(shù)采用相干解調(diào)技術(shù)。因此， 為使接收端獲得與發(fā)送端完全同頻同相的載波信息 ，必須 對信道 進(jìn)行估計 ,以對抗碼間干擾和多徑 衰落 。 對于 OFDM 系統(tǒng)，信道估計的任務(wù)就是，根據(jù)接收到的已失真的、疊加了 AWGN 的信息序列來準(zhǔn)確估計出信道的頻域傳輸特性， 換句話說，就是估計 OFDM 各正交子信道的頻率響應(yīng)值。 因此，研究信道估計技術(shù)意義重大 錯誤 !未找到引用源。 。 本論文所做 的 主要工作 本文基于 OFDM 系統(tǒng)原理，以 OFDM 信道估計 算法為研究對象，對比分析了快衰落環(huán)境下各種估計算法的誤碼率和均方誤差，隨后提出一種估計性能優(yōu)良的改進(jìn)算法，并仿真了改進(jìn)算法在抵抗碼間干擾、多徑衰落的優(yōu)越性。 第一章以移動通信的演變?yōu)楸尘埃榻B了 OFDM 技術(shù)的提出、發(fā)展歷程和在民用通信中的應(yīng)用 ， 然后根據(jù)無線信道環(huán)境引出信道估計的概念。 第二章 簡要 介紹了快衰落信道下 OFDM 系統(tǒng)組成原理，包括串 /并轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)調(diào)制，離散傅里葉變換，循環(huán)前綴等內(nèi)容，然后介紹了 OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)缺點及關(guān)鍵技術(shù)。 第 三章 是本文的重點。首先 簡要介紹了 信道估計的分類和目的；然后介紹了快衰落下的四種信道模型，并對四種模型的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了仿真 ，以觀察各信道的時延擴(kuò)展，并為后面估計算法的性能仿真做準(zhǔn)備 ；之后 重點分析了 基于 LS 算法、 MMSE 算法、 LMMSE算法以及基于 DFT 算法的信道 估計原理， 3 進(jìn)行了大量公式推導(dǎo) ，并總結(jié)其優(yōu)缺點 ；最后在不同信道環(huán)境，不同子載波數(shù) 下用 MATLAB 對各算法的誤碼率和均方誤差進(jìn)行了仿真， 總結(jié)各算法估計性能 。 第四章在第三章的基礎(chǔ)上提出基于 DFT 的信道估計改進(jìn)算法 ，并仿真分析改進(jìn)算法較傳統(tǒng)算法在減小誤碼率和 均方誤差上 的優(yōu)越性。 第五章是本文的總結(jié)與展望。 2 OFDM 系統(tǒng) 簡介 單載波 通信 與多載波通信 單載波通信系統(tǒng) 就是用信息調(diào)制單一載波 ，接收端采用與發(fā)射端相同的載波進(jìn)行解調(diào) 的通信系統(tǒng)。它的原理 如圖 所示，其中 ()gt 是匹配濾波器 ，用以濾除帶外噪聲 。 第一代蜂窩移動通信 (1G)與第二代蜂窩移動通信 (2G)主要采用 這種系統(tǒng) ， 因為 1G 和 2G 的數(shù)據(jù)傳輸速率不高，通過合適的均衡算法便能夠很好地解決多徑衰落引起的符號間干擾 (ISI)。但是，使用單載波系統(tǒng)傳輸高速 的 寬 帶業(yè)務(wù) ， 均衡算法 中抽頭系數(shù)大，訓(xùn)練序列多，這使得算法非常復(fù)雜，收斂速度也 變得緩慢 ，因此必然會存在由于時延擴(kuò)展而造成的碼間干擾。 另外，當(dāng)信道的相關(guān)帶寬小于信號帶寬時， 會產(chǎn)生頻率選擇性衰落現(xiàn)象 ， 導(dǎo)致通信的可靠性降低。 因此，人們必須提出更好的通信系統(tǒng)模型，來適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信，多載波通信技術(shù)便是在這種背景下受到人們重視的 。 圖 單載波通信原理框圖 4 多載波通信的基本思想是： 在頻域上 將信道 劃分成 M個 相互獨立的 子信道，這樣每個子信道的頻譜特性都具有平坦或準(zhǔn)平坦衰落特性 ， 然后使用這些 子信道傳輸信號并在接收機(jī)中予以 合并，以實現(xiàn)信號的頻率分集 錯誤 !未找到引用源。 。 與 單載波系統(tǒng) 相比，多載波系統(tǒng)具有的明顯優(yōu)勢是，能夠 很好地對抗頻率選擇性衰落。 當(dāng) M 很大時 ，每個子信道都可看做是無 ISI 的子 信道，在接收端，可以采用 低復(fù)雜度的 信號處理算法 實現(xiàn)無 ISI的 信息傳輸。 多載波調(diào)制技術(shù)的原理框圖如圖 。 圖 多載波 調(diào)制原理方框圖 單載波與多載波存著在諸多 不同的系統(tǒng)參數(shù) ， 如 符號時間，總頻帶寬度等。 表 21對其做了詳細(xì)比較。其中 M 代表子載波數(shù)， ST 為正交頻分復(fù)用碼元周期。這里假設(shè) OFDM系統(tǒng)的保護(hù)帶寬 =1 (2 )ST? 。 表 21 單載波和多載波 系統(tǒng)參數(shù) 比較 傳輸方式系統(tǒng)參數(shù) 單載波 多載波 符號時間 STM ST 速率 SMT 1ST 總頻帶寬度 2 SMT? 2 1 (2 )SSM T M T? ? ? ? ISI 敏感度 敏感 較不敏感 5 OFDM 基本原理 OFDM 屬于多載波調(diào)制方案之一， 它的基本原理是：將高速傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成若干個并行傳輸?shù)牡退僮訑?shù)據(jù)流， 然后用這些子數(shù)據(jù)