【文章內容簡介】 field programmable gat array)實現(xiàn)，提出了一種復共軛對稱矩陣奇異值分解的 FPGA 簡化實現(xiàn)方法，將復矩陣的奇異值轉化為實矩陣的奇異值分解，從而減少所占用的資源，提高了系統(tǒng)的性能，但是以上兩種算法都要經過復雜的奇異值分解，不適合在實際中應用。(3)信道估計插值算法的研究現(xiàn)狀信道估計的插值算法，通常分為兩類：第一類是一維插值算法，即利用塊狀導頻和梳狀導頻，最主要的插值方法有線性插值、高斯插值、DFT 插值和三次樣條插值，其特點是算法較簡單，但是相比二維插值誤碼率高；第二類是二維插值算法，即利用矩形導頻和菱形導頻，在時域和頻域都進行插值，最常用的有二維線性插值、二維三次樣條插值和二維 Wiener 濾波等。在文獻[9]中何春龍，郝莉基于高斯插值提出了一種改進的高斯插值算法，該算法通過對高斯插值進行改進，把原來由三個導頻點估算子載波信號，利用線性相關性，提升到四個導頻點估算子載波信號，在一定程度降低了誤碼率，但是效果不大，反而增加了計算復雜度。李曉晗在文獻[10] 中基于 DFT 插值，提出了一種 IDCT/DCT 算法，該算法通過把導頻子載波的信道響應進行傅里葉逆變換，在時域上補零擴展序列，利用時域補零等于頻域插值的這一特性，然后經過傅里葉變換，變換到時域，最后通過幅度和相位補償?shù)玫綌?shù)據(jù)子載波的信道響應，此算法相對于 DFT 插值，在性能上有所提高，但是它要求必須是整數(shù)倍采樣，否則將達不到最佳性能。石峰、胡登鵬、王晨和張爾揚在文獻[11]在傳統(tǒng) DFT 插值補零的基礎上，指出補零操作是為了重構出沖激響應的 N 點采樣序列，然后針對傳統(tǒng) DFT 時域補零在一定條件下產生的重構誤差進行改進，提出了一種新的補零方法，此方法雖然能夠提高系統(tǒng)的魯棒性，但是性能并沒有得到多大的加強。鄺育軍，樂光新在文獻[12]中針對低通濾波插值提出了一種變采樣插值，該算法首先將估計得到導頻子載波信道響應做傅里葉逆變換，然后進行補零，重新用傅里葉變換到頻域，最后按照一定的順序循環(huán)右移得到所有數(shù)據(jù)子載波的信道響應，雖然此算法性能較優(yōu)越，但是它嚴格要求插值倍數(shù)和子載波總數(shù)成整數(shù)倍關系，否則此算法的性能不能達到最優(yōu)。在文獻[13]中耿烜，謝志遠也通過對低通濾波插值進行改進，先進行傅里葉逆變換，因為信道的能量主要集中在前 L 徑（L 為導頻間隔） ，將 L 徑以外的導頻子載波的信道響應全部置零，以此來去除噪聲的影響，最后再變回頻域，得到經過濾波處理的信道響應，此算法雖然很簡單，易于實現(xiàn)，但是性能仍有待提高。在文獻[14]中 Kyeong Jin Kim 和 Ronald 提出了一種迭代軟卡爾曼濾波插值，該算法利用迭代算法對信道進行估計，雖然有效地降低了系統(tǒng)的誤碼率，但是要經過復雜的迭代運算，所以不太適合在實際生活中應用。贠寬、張會生、蘆偉和吳倩倩在文獻[15]中基于卡爾曼濾波和 FFT 插值提出了二維導頻輔助信道估計算法，該算法在對信道進行信道估計時，需要在時域和頻域兩個方向同時進行插值算法，首先在時間方向上采用卡爾曼濾波器對導頻子載波進行信道估計，然后針對估算出的導頻子載波的信道響應 ，進行 FFT 插值，最后得到所有數(shù)據(jù)子載波的信道響應。Hye Mi Park 和 Jae Hong Lee 在文獻[16] 中在時域利用卡爾曼濾波器濾波，然后分別在時域和頻域進行迭代 Wiener 濾波，從而降低誤碼率，提高系統(tǒng)的性能，以上兩種算法雖然性能較好，但是分別在時域和頻域進行插值濾波，增加了計算復雜度，對硬件的要求比較高。以上的導頻估計算法和插值算法有的性能好，但復雜度高；有的復雜度低，但性能差。為了進一步提高 OFDM 信道估計的性能提出一種新的導頻估計算法和插值方法。 論文存在的問題及本文工作基于以上闡述和總結，可以得出：目前信道估計插值技術幾大難題：同步技術的問題，為了使發(fā)送信號和接收信號步調一致，使整個通信系統(tǒng)能夠協(xié)調地工作，就必須采用先進的同步技術。 信道估計技術問題，從實際應用角度來看，盲信道估計算法復雜，對系統(tǒng)的硬件設施要求比較高，基于導頻插值算法雖然導頻符號占用了一定的帶寬，但是估計精度高，但是怎樣做到計算復雜度低，誤碼率低，成為一大難題，必須尋求一種復雜度低和誤碼率低的插值算法。峰均功率比的問題，如果峰均功率比高，那么對物理硬件的要求也就高，為了節(jié)約成本，必須研究有效的降低峰均功率比的方法。本文將針對第 2 個問題來展開研究，提出一種三次 hermite 插值算法，解決現(xiàn)有插值算法誤碼率高的問題。本文所做的工作包括以下幾個方面：針對 LS 算法沒有考慮噪聲因素的問題，提出一種基于門限判決的 LS 算法，此算法通過將 LS 信道估計的時域信道響應限制在小于循環(huán)前綴長度的部分，并設置信道噪聲的平均功率為門限值，將循環(huán)前綴長度內的噪聲分量和無效徑響應置零，進一步提高了估計的精度。針對線性插值、高斯插值、DFT 插值和三次樣條插值誤碼率高的問題，提出三次 hermite 插值，此算法，通過相鄰兩個導頻點的信道響應和信道響應的一階導數(shù)，估計兩個導頻點間的數(shù)據(jù)子載波的信道響應，并且通過仿真，在大信噪比的環(huán)境下，此算法在誤碼率上有一定的優(yōu)勢，并且討論了此算法的最佳導頻距離。 論文的研究內容及章節(jié)安排論文主要研究了無線信道模型，OFDM 的基本原理，并研究了導頻結構，針對 LS算法提出了基于門限判決的 LS 算法，然后針對各種常見的插值算法提出了三次hermite 插值算法，并對這些算法進行了仿真。論文組織結構如下:第一章為介紹了 OFDM 信道估計的研究背景及意義及研究現(xiàn)狀，然后闡述和總結了現(xiàn)在 OFDM 系統(tǒng)存在的問題，并針對信道估計問題展開討論。第二章介紹了 OFDM 系統(tǒng)的主要原理，分析了無線信道的各種衰落，建立了無線信道的模型。第三章為 OFDM 系統(tǒng)的信道估計。深入分析了塊狀導頻和梳狀導頻信道估計方法，又分別分析了三種估計算法，即 LS 算法、MMSE 算法和 SVD 算法，最后在 LS 算法基礎上提出基于門限判決的 LS 算法，經過仿真實驗，相比 LS 算法在性能方面有所提升。 第四章首先分析了幾種常見的插值算法，即線性插值、高斯插值、DFT 插值和三次樣條插值，然后提出三次 hermite 插值，經過仿真實驗，相比線性插值、高斯插值和DFT 插值誤碼率較低，性能上略差于三次樣條插值，但是計算復雜度較簡單。結論部分對本文研究成果以及未來工作的研究方向做了詳細總結。第二章 無線 OFDM 系統(tǒng)分析 OFDM 基本原理正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)就是用來提高頻譜利用率和抵抗多徑衰落引起的頻率選擇性衰落的技術，該技術利用串并轉換，使得高速的發(fā)送信號數(shù)據(jù)流被分配到若干個子信道中，以低速傳輸，這就使得 OFDM 信號的符號周期大大增加，當符號周期大于最大時延時，可以減輕由于在多徑傳播中多徑時延擴展產生的碼間干擾(Intersymbol Interference，ISI)。如果采用循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）作為保護間隔，設置保護間隔大于最大時延擴展，那么多徑傳播產生的符號間干擾就可以被最大限度地消除。OFDM 的調制、解調方式分別是快速傅里葉逆變換（Inverse fast Fourier transform，IFFT ）和快速傅里葉變換（Fast Fourier transform，F(xiàn)FT） ，所以具有計算復雜度低的特點。 OFDM 系統(tǒng)的基帶模型 一個 OFDM 符號是由若干個并行的子載波傳送。OFDM 符號周期長度用 來表T示，子載波的總數(shù)用 來表示，此時用 表示，第 個子載波的載波N(0,12)idN??? i頻率用 表示，其中 ，矩形函數(shù) ，則從 開始的if /isTf??,|/2rectT?st?OFDM 符號可以表示為：（）??10Re(/2)xp[()]()Nisissl sdrctjfttst tT????????? ????將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流平均分配到各個子載波上，可以用 QPSK、QAM 或者其他調制模式將它們映射成子載波的幅度和相位，OFDM 的輸出信號可表示為： （）10(/2)exp[()]()Nis ssl idrectTjttst tT?????????? ????式（）的虛部對應 OFDM 符號的同相分量，實部對應 OFDM 符號的正交分量。 OFDM 系統(tǒng)基帶模型如圖 所示： 圖 OFDM 系統(tǒng)基帶模型子載波之間的正交性： （）0 1,1exp()()0Tmnmnjtjtd?????? ???解調式（）中的第 個子載波，即：j （）1001?exp(2)exp(2)(NtTs ij s sNti jsj idtdjtdTijtT????????????從上式可以解調出第 個子載波的信號 ，再經過積分，頻率之差產生了整數(shù)倍jjd個周期，使得 的結果為 0。exp(2)tTssijt????從時域角度分析完正交性后，再從頻域角度來分析。根據(jù)式（） ，若干個子載波包含在 OFDM 符號的一個周期內，因此 OFDM 符號的頻譜是由各個子載波的頻譜（矩形脈沖頻譜）構成，這里的矩形脈沖頻譜可以用函數(shù) 表示，此函數(shù)當頻率為整sinc()數(shù)倍時取 0，如圖 所示。由圖可見這若干個子載波雖然互相重疊，但是在調制OFDM 符號的過程中，通過計算各個子載波頻譜的峰值，每個子信道符號就可以忽略其他子信道的干擾，從多個相互重疊的子信道符號頻譜中提取。即當一個子載波的頻譜達到峰值時，其他子載波的頻譜都為 0，這個特性能夠避免子信道之間的干擾。信息數(shù)據(jù)調制編碼串并轉換加入導頻IFFT 插入CP衰落信道并串轉換串并轉換去除CPFFT信道估計并串轉換解調解碼接收序列X(K) x(n)y(n) Y(K) 圖 OFDM 信號的頻譜 DFT 模塊 OFDM 系統(tǒng)為了降低了復雜度，利用離散傅里葉逆變換（IDFT ）進行調制，為了簡便，將式（）中的 ，對信號 進行抽樣，其抽樣速率為 。即令0st?()st /TN，可以得到：/tkTN?(,1)?? （）102(/exp(),01Nik iksTdj?????? 由上式看出，對 進行 IDFT 得到了 ，同樣道理，為了要在 OFDM 系統(tǒng)的接收idks端恢復出原始的發(fā)送信號 ，對 做 DFT：ik （）102exp(),01NikisjiN??????從上式可以看出，在發(fā)送端通過 IDFT 調制可以將發(fā)送的頻域信號變?yōu)闀r域信號，在接收端，可以通過 DFT 解調將時域信號重新變?yōu)轭l域信號。 FFT 是 DFT 算法的一種快速算法，由于其運算速度快，而且容易實現(xiàn)，在實際應用的 OFDM 系統(tǒng)中，大部分是采用 IFFT 和 FFT 來進行調制解調。4 2 0 2 401 保護間隔和循環(huán)前綴OFDM 技術不但能夠節(jié)約帶寬，而且可以用來對抗多徑傳輸引起的碼間干擾，高速的數(shù)據(jù)流在經過信號時，經過串并轉化，被平均分配到 個子載波上，從而 OFDMN的符號就延長了 倍，當大于信道的最大時延時，就能有效地抑制頻率選擇性衰落，N當信號 通過脈沖響應為 的信道后，接收信號 為：ts()ht ()yt （） ()ytsh??這里的 表示線性卷積。?在 OFDM 系統(tǒng)中，以 速率進行抽樣，則第 個符號 經過信道的接1/sfTn()nFm收信號為： （）0()(),(0,1)LnnlymhFlmN???????如果是慢時變的信道，在一個 OFDM 符號的時間內，信道被認識是基本不變的，因此 與 無關。式（）中 序列的長度是 ， 的長度是 ，那么 的長()hl L?nFny度是 。為了避免前后兩個符號之間的碼間干擾（ISI ） ，必須把長度至少為 的保NL? L護間隔（Guard Interval ，GI）加到相鄰兩個符號之間。在保護間隔的時間長度內，不包含任何數(shù)據(jù)信息，但是由于信道的多徑傳輸，不可避免地會產生信道間干擾 [17]（interchannel interference ，ICI） ，這會破壞各個子載波之間的正交性，那么在接收端，原始的發(fā)送信號將不可能被恢復。為了消除 ICI，就必須將循環(huán)前綴 [18] （CP）插入 OFDM 符號的前面，它的長度一般是子載波數(shù)目的 ，由圖 所示，可以清楚地看出把 OFDM 符號后面長度為1/4的部分復制到前面，以這個部分作為 OFDM 符號的循環(huán)前綴（CP） 。CPT循環(huán)前綴00 TTROFDM 符號長度保護間隔圖 OFDM 符號的循環(huán)擴展 加入循環(huán)前綴后的 OFDM 符號表示為： 21,0(),(,1,)()0,nCPnkmjNnkFLNce???????????????? ?（）接收到的信號為： 0()()mod,(0,1)LCPnnllymhFlN???????（） 經 FFT 解調后的信號為：幅度時間（()mod