【正文】 “好”的信道估計算法就是要使某種估計誤差最小化。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 在 OFDM 系統(tǒng)中，由于無線通信系統(tǒng)信道的影響，為了提高接收端的判決性能，必須進行信道估計， OFDM 系統(tǒng)信道的估計算法的研究變得十分重要。 隨著信道信噪比越來越大， LS 信道估計比 DFT信道估計減少的更快。 第四章 基于 LS 和 DFT 算法信道估計 基于 LS 和 DFT算法信道估計的 MATLAB 實現(xiàn) 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 設(shè)定 載波數(shù)目 為 64， OFDM 符號個數(shù) 為 50， 循環(huán)前綴 為 8， 導(dǎo)頻間隔 為 8，調(diào)制模式為 16，信噪比取值 0到 20，步長為 2， 循環(huán)次數(shù) 為 15?；诳烧{(diào)濾波器的信道估計算法，可以及時跟蹤信道并反映信道的變化，提高估計的性能，它尤其適用于高速的無線局域網(wǎng)，實現(xiàn)起來相對簡單，而且算法收斂時間比較快。 另外，在信道同步定時不是很理想的時候，會出現(xiàn)采樣不匹配的缺陷。 在估計得到信道沖激特性 h 或 H 之后，應(yīng)用 ML 算法得到發(fā)送信號 ? ??Xm： ? ? ? ?? ?? ? ? ??? a r g m i n ,/ , 0 1XXX m D h XY m X m m M??? ? ? ? （ 345） 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 信道估計算法總結(jié) 由前幾節(jié)可以看出，每個信道估計方法都有自己的優(yōu)點和缺點。定義 ? ?,DhX 為“距離”函數(shù)，可以表示為： ? ? ? ? ? ? 211 200, mlML j MlmlD h X Y m h e X m??? ??????? （ 335） 再就是需要找到 X 和 h ，使得 ? ?,f Y X h 最大，也就是 ? ?,DhX 最小。 以 ML 準則為基礎(chǔ)，進行信道估計。該算法采用迭代方法，首先利用導(dǎo)頻或前一個 OFDM 符號計算得到信道的初始狀態(tài)，再用直接判決模式進行迭代運算跟蹤信道的變化。由此，得到 MAP 準則：使得統(tǒng)計意義上平均錯誤概率最小。但是由于它的復(fù)雜度，很大程度上使其應(yīng)用受到限制。其中齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 FIR 濾波器的系數(shù)為： ? ?0, 0,1 / 8,1,1 / 8, 0, 0對應(yīng) 3抽頭的濾波器； ? ?0 ,1 / 8 ,1 / 4 ,1,1 / 4 ,1 / 8 , 0對應(yīng) 5抽頭的濾波器； ? ?1 / 8 , 1 / 4 , 1 / 2 , 1 , 1 / 2 , 1 / 4 , 1 / 8 對應(yīng) 7 抽頭的濾波器。 ir 定義為相鄰子載波級差向量： ? ? ? ?, , 1 2i ls i ls ir H H i N?? ? ? ? （ 326） 其中 N 為一個 OFDM 符號的子載波數(shù)。 （ 2）固定抽頭濾波器（ Fixed tap filter） [11]，利用頻域內(nèi)固定抽頭濾波器，可以通過平均子載波信號矢量消除噪聲，從而提高信道估計的精確度，這種濾波器起到一種均衡的效果。最直接的方法就是忽略 lsg 中 SNR 較小的參數(shù)。實驗結(jié)果表明，在信道滿足整數(shù)點采樣信道的情況下，在時域內(nèi)，能量只集中在少數(shù)幾個采樣點上，我們可以利用這種能量集中的特性在時域內(nèi)進行信道估計，復(fù)雜度將大大降低。因為如果 X 不再是一個矩陣變量，所以 ?/HHR SNR I?? 不必在 X 變化的時候重新計算一次。MMSE 算法的運算量要比 LS 算法大得多，因為每當信號 X 變化的時候，矩 陣? ?HHHR E HH? 就要隨之變化。信道 ??g? 視為慢衰落的瑞利信道，而且在一個 OFDM 符號內(nèi)認為準靜止。 基于 DFT 的信道估計算法 為了降低二維信道估計的復(fù)雜度，可以分別在時域和頻域內(nèi)進行信道估計，即進行兩個一維的信道估計，于是就提出了一種先在時域內(nèi)進行信道估計，再進行頻域估計的信道估計算法。 ? ? ? ?( ) ( ) ( ) ( )HHP P P P P P P PJ Y Y Y Y Y X H Y X H? ? ? ? ? ? （ 38） 其中 PY 是接收端導(dǎo)頻子載波處的接受信號組成的向量； ? ?PPY X H? 是經(jīng)過信道估計后得到的導(dǎo)頻輸出信號； ?H 是信道響應(yīng) H 的估計值。同時假設(shè)信道特性是緩慢變化的，即在一個 OFDM 符號內(nèi)視為準靜止的。但是在梳狀導(dǎo)頻的情況下，非導(dǎo)頻子載波上的信道特性只有根據(jù)對導(dǎo)頻子載波上的信道特性的插值才能得到，這種導(dǎo)頻方式對頻率選擇性衰落比較敏感。因為這種訓(xùn)練序列包括所有的子載波，不 需要在接收端進行頻域內(nèi)的插值，所以這種導(dǎo)頻的設(shè)計方案對頻率選擇性不是很敏感。 基于訓(xùn)練序列的估計方法大致分為兩類：一類是在頻域內(nèi)進行信道估計 ，另一類是在時域內(nèi)進行信道估計。在每一個數(shù)據(jù)包中發(fā)射機都傳送一個訓(xùn)練序列。如果信道在OFDM 信號一幀的時間內(nèi)保持準靜止，則稱之為慢衰信道；如果在一幀時間內(nèi)發(fā)生顯著變化，則稱之為快衰信道。這種算法與基于訓(xùn)練序列的算法相比雖然節(jié)約了帶寬，但是運算量太大，靈活性很差，在實時系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。它的缺點是訓(xùn)練序列占用了信道比特，降低了信道傳輸?shù)挠行?，浪費了帶寬。 建立信道模型后，需要根據(jù)實際信道的變化來更新模型的參數(shù)，從而選擇合適的信道估計算法，使得估計誤差最小。 通過信道估計算法，接收機可以得到信道的沖激響應(yīng)。絕大多數(shù)的信道模型是通過研究信號在特定環(huán)境下的特性來設(shè)定的。 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制模式可以基于功率或是頻譜利用率來選擇，應(yīng)用到每個 子載波的調(diào)制模式的選擇只能是數(shù)據(jù)速率需求與傳輸穩(wěn)定性之間的折中。 保護間隔的長度應(yīng)該為應(yīng)用移動環(huán)境信道的時延擴展均方根的 2~4 倍。 實際上一個 OFDM 符號的形成可以遵循以下過程：首先在 cN 個經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的符號的后面補零，構(gòu)成 N 個輸入樣值序列，然后進行 IFFT 運算。隨著子載波數(shù)量的增加，由于每個子載波功率譜密度主瓣和旁瓣變窄， OFDM 符號功率譜密度的下降會逐漸增加。 ISI 只會對接受序列的前 gL 個樣點形成干擾，因此將前 gL 各樣點去掉，就可以完全消除 ISI。 保護間隔和循環(huán)前綴 為了最大限度的消除符號間干擾，還可以在每個 OFDM 符號之間插入保護間隔（ GI） [3]，而且保護間隔的長度 gT 一般要大于無線信道中的最大實驗擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。其中每個 IDFT 輸出的數(shù)據(jù)符號 ks 都由所有子載波信號經(jīng)疊加而成，即對連續(xù)的多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進行抽樣得的。 對于 N大的系統(tǒng)來說，式 22中的 OFDM 復(fù)等效基帶信號可以采用離散傅里葉逆變換方法來實現(xiàn)。在每個子載波頻率最大值處，所有其他自信道的頻譜恰好為零。 這種正交性還可以從頻域角度來解釋。其中 N表示子載波的個數(shù)， T 表示 OFDM 符號的持續(xù)時間（周期）， id（ i=0，1， 2， ? ,N1）是分配給每個自信道的數(shù)據(jù)符號， if 是第 i 個子載波的載波頻率，矩形函數(shù) ? ?rect t 1, t T / 2??,則從 t yt? 開始的 OFDM 符號可以表示為： ? ? ? ? ? ?10R e / 2 e x p 2N i s i s y sis t d r e c t t t T j f t t t t t?????? ? ? ? ? ????? ????? （ 21） ? ? 0 sss t t t t T t? ? ? ? ? 一旦將要傳輸?shù)谋忍胤峙涞絺€子載波上，某一種調(diào)制模式則將它們映射為子載波的幅度和相位，通常采用等效基帶信號來描述 OFDM 的輸出信號 : ? ? ? ? ? ?10 / 2 e x p 2Ni s i s sis t d r e c t t t T j f t t t t t T???? ? ? ? ? ? ?????? （ 22） ? ? 0 sss t t t t T t? ? ? ? ? 其中是 s（ t）的實部和虛部分別對應(yīng)于 OFDM 符號的同相（ Inphase）和正交（ Quadraturephase）分量，在世紀系統(tǒng)中可以分別與相應(yīng)子載波的 cos 分量和 sin 分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號和合成的 OFDM 符號。 DFT 是常規(guī)變換的一種變換形式，其中，信號在時域和頻域上均被抽樣。 OFDM 的主要傳輸技術(shù) 串并轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫托问绞谴袛?shù)據(jù)流，符號被連續(xù)傳輸，每個數(shù)據(jù)符號的頻譜可占據(jù)整個可利用的帶寬，但在并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，許多符號被同時傳輸，提高了頻帶利用率，減少了那些在串行系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題。其中，上半部分對應(yīng)于發(fā)射機鏈路，下半部分對應(yīng)于接收機鏈路。多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠高于信號的平均功率，導(dǎo)致較大的峰值平均比。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 OFDM 技術(shù)的缺點 OFDM 系統(tǒng)由于存在多個正交的子載波，而且其輸出信號是多個子信道的疊加，因此與單載波相比，存在如下缺點： ① 易受頻率偏差的影響。 ③ 各個子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可以通過采用離散傅里葉反變換和離散傅里葉變換的方法來實現(xiàn)。 OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)缺點 OFDM 技術(shù)的優(yōu)點 OFDM 技術(shù)具有以下優(yōu)點： ① 把高速率數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換， 使 每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道的時間彌散所帶來的 ISI，減少了接收機內(nèi)的均衡的復(fù)雜度，有時甚至可以不采用均衡器，而僅僅通過采用插入循環(huán)前綴的方法消除 ISI 的不利影響。 隨著人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、 個人化和移動化的需求， OFDM 技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應(yīng)用。但這種多載波傳輸技術(shù)在雙向無線數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用卻是 10 年來的新趨勢。此外， CDMA 系統(tǒng)一個非常重要的特點是采用閉環(huán)的功率控制，這在電路交換系統(tǒng)中比較容易實現(xiàn)，但對于分組業(yè)務(wù)來說，這種閉環(huán)的功率控制問題也存在缺陷。 對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，單載波時分復(fù)用 TDMA 系統(tǒng)和窄帶 CDMA 系統(tǒng)都存在很大的缺陷。 IS136 系統(tǒng)占有全球市場 9%的份額，它可以提供 路交換語音和傳真業(yè)務(wù)。齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目前，人們已經(jīng)把目光 越來越多的投向超 3G的移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以容納龐大的用戶數(shù)，改善現(xiàn)有通信質(zhì)量，達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆? 第二代移動通信系統(tǒng)主要為支 持語音和低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計的。隨后美國和日本也相繼制訂了各自的數(shù)字移動通信體制。這一階段所誕生的移動通信系統(tǒng)一般被稱為是第一代移動通信系統(tǒng)。首先，微電子技術(shù)在這一時期得到迅速發(fā)展，使 通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)小型化 ,微型化。 1978 年底，美國貝爾實驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)（ AMPS） ,建成了蜂窩狀模擬移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。未來移動通信的目標是，能在任何時間任何地點，向任何人提供快速可靠的通信服務(wù)。 simulation。第三章在此基礎(chǔ)上對信道估計作了重點介紹，先對信道估計作了個基礎(chǔ)的介紹，緊接著 介紹了幾種常見的信道估計算法， 最后 重點介紹了基于 LS 算法 DFT 信道估計算法的 OFDM 系統(tǒng)的基本信道估計方法， 并 用 MATLAB 語言實現(xiàn)了基于 LS 算法 DFT 信道估計算法信道估計的計算機仿真。 信道估計是進行相干檢測、解調(diào)和均衡的基礎(chǔ)，它對 OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)通信起著至關(guān)重要 的作用。 基于 matlab 環(huán)境的 OFDM 信道估計方法研究 學(xué)院名稱 電氣工程與自動化學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 導(dǎo)師姓名 2021 年 6 月 10 日 目 錄 摘 要 ....................................................錯誤 !未定義書簽。 OFDM（ 正交頻分復(fù)用）系統(tǒng)以其抗多徑衰落和較高的頻帶利用率，在眾多領(lǐng)域得 到了應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ： 正交頻分復(fù)用 信道估計 LS 算法 DFT 信道估計算法 仿真 齊魯工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 Abstract In the wireless channel environment, reliable, highspeed data transmission is the main goal of a wireless munication system. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) as a way to effe