【正文】 造成這種結(jié)果的原因就是由于。 圖中所示的時延擴展其實就是在進行 MATLAB 編程對信道模擬編寫時，由于需要模擬多徑傳輸在每個路 徑的傳送過程中通過 for 語句對信號進行復(fù)制時，根據(jù)時延擴展來漏掉一些值進行傳送。 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 5800 . 10 . 2最大時延擴展對誤碼率的影響誤碼率最大時延擴展 圖 最大時延擴展對系統(tǒng)性能的影響 從圖中可以看出最大時延擴展對系統(tǒng)的性能的影響是比較嚴(yán)重的。 為了研究最大時延擴展對系統(tǒng)性能的影響，我們就將最大時延擴展從 60到 580 以公差 40 遞增，得到數(shù)據(jù)如圖 。 最大時延擴展對系統(tǒng)的影響 最大時延擴展對系統(tǒng)的影響 在用 MATLAB 設(shè)計該系統(tǒng)的信道模擬部分時是通過 4 路徑進行傳輸?shù)?，其他三路的參?shù)是固定的其時延和時延系數(shù)分別為： ； 50,、 和 60、。 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 600 . 1循環(huán)前綴長度對誤碼率的影響誤碼率循環(huán)前綴長度 圖 循環(huán)前綴長度對系統(tǒng)性能的影響 另外雖然循環(huán)前綴的插入會帶來系統(tǒng) 誤碼率方面的性能的提高，但是過長的循環(huán)前綴會導(dǎo)致系統(tǒng)的頻譜利用率降低，使信道中傳輸?shù)男盘柕挠行?shù)據(jù)降低，會帶來一些資源上的浪費。 OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 23 但是有圖也可以看出，隨著循環(huán)前綴長度的增大系統(tǒng)性能有時反而變差，原因是由于所設(shè)計的系統(tǒng)的信號的發(fā)送以及噪音的產(chǎn)生都是 Matlab 中 rand 函數(shù)隨機產(chǎn)生的，會導(dǎo)致每次運行的時候相同的參數(shù)所對應(yīng)的最終結(jié)果不同。而加入了循環(huán)前綴之后會有效地消除子載波之間的干擾，最終達到提高系統(tǒng)性能的結(jié)果。 通過設(shè)計循環(huán)函數(shù)使循環(huán)前綴從 0 到 60 以公差 4 遞增，得到的結(jié)果如圖。 因此我們在程序中將變量僅定一個循環(huán)前綴長度，其余的參數(shù)最大時延擴展、最大時延擴展系數(shù)和信噪比都為固定值。在這種情況下 ,時延小于保護間隔乓的時延信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn) 生 ICI。 為了消除由于多徑所造成的 ICI， OFDM 符號需要在其保護間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號。在這段保護間隔內(nèi)可以不插任何信號 ,即是一段空白的傳輸時段。通過把輸入數(shù)據(jù)流串并轉(zhuǎn)換到 N 個并行的子信道中，使得每個調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)周期擴大為原始數(shù)據(jù)符號周期的 N 倍，因此時延擴展與符號周期的數(shù)值相比也同樣降低了 N 倍。包括：循環(huán)前綴長度、最大時延擴展、最大時延擴展系數(shù)、信噪比以及和未進行信道估計系統(tǒng)的對比。 OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 22 第 4 章 基于訓(xùn)練序列的信道估計性能仿真與分析 本章節(jié)通過 MATLAB 對第三章所介紹的 OFDM 系統(tǒng)的基于訓(xùn)練序列的信道估計算法進行性能分析。而且詳細(xì)地介紹了 OFDM 系統(tǒng)中信道估計的原理與實現(xiàn)。 這就是輸出端的全過程 。然后將并行的判定過的信號轉(zhuǎn)換成串行信號。~45176。 ~315176。 ~225176。 ~135176。 這時就需要進行信道估計，通過接受到的訓(xùn)練序列與發(fā)送的訓(xùn)練序列作比，求得訓(xùn)練序列的沖激響應(yīng)，然后通過取 4 個向量的訓(xùn)練序列進行平均優(yōu)化，再將訓(xùn)練序列的沖激相應(yīng)進行擴展，與接 收到的載波信號作比求得載波信號，然后用 angle 指令求得其相角，用 find 指令找出所有的負(fù)角并將其轉(zhuǎn)化為正角度，然后通過 diff 指令求得其相位差值（還原相位），這也是為什么之前輸出的時候要加上初始相位的原因，再一次將負(fù)角轉(zhuǎn)為正角。完成之后根據(jù)自定義的循環(huán)前綴長度 a 加入循環(huán)前綴，循環(huán)前綴是由零向量構(gòu)成的 55a 的矩陣，之后將完成IFFT 變換的數(shù)組的后 a 列賦給循環(huán)前綴，然后將循環(huán)前綴與 IFFT 變換后的 55（ 1024+a）的矩陣合并，最后進行并串轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)送入信道進行傳輸。之后構(gòu)造一個由零向量構(gòu)成的 541024 的 IFFT 變換矩陣（ 54 是因為每個子載波的符號數(shù)為 50再加上 4 行訓(xùn)練序列），然后通過之前確定的載波坐標(biāo)和載波變換坐標(biāo)將混合載波矩陣中的數(shù)據(jù)提取到 IFFT 變換矩陣中去。然后再通過 plex 指令加實部與虛部相加構(gòu)成混合載波矩陣。再通過 pol2cart 指令使載波矩陣由極 坐標(biāo)向復(fù)數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化。然后進行差分調(diào)制。之后進行串并轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)方法是第一行乘以 2 加上第二行，形成以個 110000 的矩陣，然后又一次使用 reshape 指令將剛剛生成 110000 的矩陣轉(zhuǎn)變成子載波數(shù) 子載波符號數(shù)（ 20050）的載波矩陣。 系統(tǒng)的輸入與輸出 輸入端 系統(tǒng)的輸入端是通過 rand指令產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)矩陣，然后通過 round指令進行取整來作為基帶信號。 OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 20 表 OFDM 系統(tǒng)中的參數(shù) 參數(shù)意義（默認(rèn)值） 參數(shù)名稱 IFFT 變換長度（ 1024） IFFT_bin_length 位數(shù) /符號（ 2） bits_per_symbol 子載波數(shù)（ 200） carrier_count 符號數(shù) /載波（ 50） symbols_per_carrier 循環(huán)前綴長度 cp_length 最大多徑時延擴展的系數(shù) a4 最大多徑時延擴展 d4 信噪比 SNR 其中 IFFT 變換長度、位數(shù) /符號、符號數(shù) /載波和子載波數(shù)是固定參數(shù)，循環(huán)前綴長度、最大多徑時延擴展、最大多徑時延擴展的系數(shù)和信噪比是自定義的。然后進行解調(diào)，最后得到輸 出信號。 然后再利用 FFT 即可得到信道頻域相應(yīng)的估值 ???H FFT h?? （ 311） 程序中，則是在數(shù)據(jù)接收過程中已經(jīng)進行過了 FFT 操作，之后取出訓(xùn)練信號的接收值，然后通過與發(fā)送的訓(xùn)練信號作比，求出其沖擊響應(yīng)，并且進行平均優(yōu)化處理，然后對此沖擊響應(yīng)進行延擴，最后將接收到得載波信號與延擴后的訓(xùn)練信號的沖擊響應(yīng)作比，得到所傳輸?shù)男盘枴? ? ? ? ? ? ?, , / ,X m k Y m k H m k??? （ 35） 信道估計 信道估計部分主要是通過訓(xùn)練信號進行的信道估計算法： 對于訓(xùn)練信號 xn，接收到的時域信號為： , 1 , 2 , ,n n n cr h x n N?? ? ? ? ? ? ? （ 36） 將卷積表示成矩陣形式，有： r Xh??? （ 37） 其中 OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 19 ? ? ? ? ? ?11 11 2 1 2 1 2, , , , , , , , , , ,ccccTT TNN LN L Nr r r r C h h h h C C? ? ? ??? ?? ??? ? ? ??? ? ? ??? ?分別為接收到的訓(xùn)練符號列矢量、信道沖擊響應(yīng)列矢量和加性噪聲列矢量， L 定義為估計到的信道沖激響應(yīng)的最大長度，由訓(xùn)練符號得到的等效循環(huán)卷積矩陣cNLXC?? 。經(jīng)過 DFT 變換，得到頻域接收信號 ? ? ? ? ? ? ? ?, , , ,Y m k X m k H m k W m k?? （ 34） 式中 ? ? ? ?? ?,H m k D F T h m n? 是 多 徑 信 道 的 頻 域 響 應(yīng) ，? ? ? ?? ?,W m k D F T w m n? 是高斯白噪聲的頻域形式，它和 ? ?,wmn 有相同的功率譜密度。假設(shè)不同路徑之間的衰減是相互獨立的， L 為信道沖激響應(yīng)的長度。信號經(jīng)多徑信道衰落后到達接收端，先去除CP，得到接收信號 y(m, n)，然后利 用 FFT 變換得到頻域的 Y(m, k)信號，再通過信道估計，解調(diào)出發(fā)送信號 X? (m, k)。 其中，第 m個 OFDM 信號可以表示為 ? ? 10, { X ( , ) } ( , ) e x p ( j 2 )Nkx m n I F F T m k X m k k n / N????? ? （ 31） 式中， n=0, 1, ..., N1； X(m, k)是第 k 個子載波信號 (子帶編碼映射的輸出 )。 系統(tǒng)模型 圖 是 OFDM 系統(tǒng)的基帶模型。在過程中還加入了隨機的噪聲信號進行干擾來測試此方法的性能。分別闡述 了其思想、流程、框圖、參數(shù)以及輸入和輸出。 OFDM 技術(shù)優(yōu)點眾多，但是為了提高系統(tǒng)的整體性能，仍有一些需要進一步研究的關(guān)鍵技術(shù)。 OFDM 是一種特殊的多載波調(diào)制，將給定信道劃分成許多個子信道，每個子信道對應(yīng)一個子載波，這些子載波之間相互正交。 本章小結(jié) 本章探討了 OFDM 系統(tǒng)的基本原理。多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出信號是多個子信道信號的疊加，因此，當(dāng)多個子信道的信號相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的平均功率，這就導(dǎo)致 OFDM 系統(tǒng)容易出現(xiàn)較高的峰值平均功率比。由于發(fā)射機與接收機本振之間存在的頻率偏差、多普勒頻移等因素的存在，會使得 OFDM 系統(tǒng)子 載波之間的正交性遭到破壞，導(dǎo)致子信道間干擾。相對于單載波系統(tǒng)和傳統(tǒng)多載波系統(tǒng)，存在以下缺點： 對載頻偏差特別敏感。如多載波碼分多址、跳頻 OFDM、時分復(fù)用OFDM 等。而 OFDM OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 16 可以通過分配不同的子載波數(shù)給上、下行鏈路來實現(xiàn)上、下行 鏈路不同的傳輸速率。無限數(shù)據(jù)傳輸通常要求上、下行非對稱，即下行鏈路傳輸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路傳輸量。隨著 DSP 技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， IFFT、 FFT 運算很容易實現(xiàn)。對于多用戶系統(tǒng)，對某一用戶不適應(yīng)的子信道或許適用于其他 用戶，所以可以選擇性地分配子信道，提高系統(tǒng)的整體性能。無線信道存在頻率選擇性，由一個較寬的頻帶劃分而成的子信道上的衰落程度存在差別。另外， OFDM 中引入循環(huán)前綴技術(shù)，進一步增強了系統(tǒng)抗 ISI 性能。 （ 2）能有效對抗 ISI。這就需要在子帶之間留有足夠的保護頻帶，導(dǎo)致頻譜資源的浪費。 OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)缺點 OFDM 系統(tǒng)的缺點 近些年， OFDM 技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，原因在于它具有許多優(yōu)點： （ 1）頻譜利用率高。盲信道估 計方法無需在發(fā)送信號中插入訓(xùn)練序列，利用 OFDM 信號本身的特性進行信道估計。基于訓(xùn)練序列的信道估計方法原理是，在發(fā)送信號選定某些固定的位置插入已知的訓(xùn)練序列，接收端根據(jù)接收到的經(jīng)過信道衰減的訓(xùn)練序列和發(fā)送端插入的訓(xùn)練序列之間的關(guān)系得到上述位置的信道響應(yīng)估計。分集技 OFDM 通信系統(tǒng)中信道估計研究 15 術(shù)可以利用信道估計實現(xiàn)信號最佳接收；自適應(yīng)的信道均衡器利用信道估計來對抗 ISI 的影響；最大似然檢測通過信道估計使得接收端錯誤概率最??；相干解調(diào)也必須依賴于正確的信道估計。因此為了更好的性能對于高數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)還是應(yīng)該選用相干解調(diào)方式。 對于相干解調(diào)，解調(diào)時必須用到與發(fā)送端相同的頻率和相位的載波信息，不然將無法正確解調(diào)，所以必須進行信道估計。調(diào)制的方式不同對應(yīng)的解調(diào)的方式也就不同。在發(fā)送端利用基帶信號控制載波的某些參量是的這些載波參量隨基帶信號的變化而變化，完成系帶信號的調(diào)制，得到已調(diào)信號。 實現(xiàn) OFDM 的過采樣：由于 OFDM 的調(diào)制端采用的是 IFFT，根據(jù) IFFT的過采樣原理，只要在原始輸入序列的中間添加 (p1)N 個 0，就可以實現(xiàn) p 倍的過采樣。 OFDM 系統(tǒng)的接收信號的頻域（就是解調(diào)信號）可表示成 Rn = HnSn + Nn（ n=0， N1），其中 Hn 為第 n 個子載波的復(fù)衰落系數(shù)， Nn 代表第 n 個子信道的噪聲，噪聲服從零均值的高斯分布。 OFDM 符號時頻結(jié)構(gòu) 在實際應(yīng)用時，通常將 Ns個 OFDM 符號組成一個 OFDM 楨進行傳輸。每個自信道中的傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)制類型、編碼速率以及符號速率來確定。 （ 3）確定子載波的數(shù)量：子載波的數(shù)量可以直接利用 3dB 帶寬除以子載波間隔（即去掉保護間隔之后的符號周期的倒數(shù)）得到。步驟