【正文】 w,delay,v,fc,t_interval,N,counter)。 %移動(dòng)速率，單位m/svar_pow=[0,10*log10(exp(1)),10*log10(exp(2)),10*log10(exp(3)),10*log10(exp(4))]。 %載波頻率t_interval=。 %多徑數(shù)delay=[0,1e5*[,1]]。 %插入循環(huán)前綴 trans_o=insert_cp(num,qam_pilot_ifft)。 %插入導(dǎo)頻信號(hào) [qam_pilot,count]=insert_pilot(N,NL,interval,pilot,qam_out)。%輸入二進(jìn)制信號(hào) input=input_b(N,NL)。 num_of_err_ls=0。 time3=0。 time_svd=0。 time2=0。 time_ls=0。 time1=0。 time_mmse=0。 %輸入的16QAM點(diǎn)數(shù)SNR_dB = 0::26。 %子信道個(gè)數(shù)NL=2000。 %插入循環(huán)前綴的長(zhǎng)度p=6。 %插入的導(dǎo)頻信號(hào)interval=4。做畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月，是我大學(xué)生活中一段難忘的時(shí)光，我要將她永遠(yuǎn)珍藏在我的記憶深處。張國(guó)梅老師可以說(shuō)是新時(shí)期科研工作者的佼佼者。她那師長(zhǎng)般無(wú)微不至的關(guān)懷、對(duì)科學(xué)嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度，深深印在我的腦海里。張國(guó)梅老師寬厚待人，既是一位令人尊敬的老師，又是一位平易近人的學(xué)長(zhǎng)。在指導(dǎo)我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，循循善誘，善于啟發(fā)，使我受益匪淺。首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師張國(guó)梅老師。相信在不久的將來(lái)，這些關(guān)鍵技術(shù)會(huì)得到近一步完善，OFDM系統(tǒng)也會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中滿足寬帶要求更高的多種多媒體業(yè)務(wù)和更快的網(wǎng)絡(luò)瀏覽速度。采用OFDM技術(shù)可以最大限度的利用有限的頻譜資源，各個(gè)子信道的調(diào)制和解調(diào)可以非常容易的采用IFFT和FFT的方法實(shí)現(xiàn)，并且支持非對(duì)稱高速率數(shù)據(jù)傳輸。在仿真中，使用了三種常見(jiàn)的信道估計(jì)方法，并以誤碼率為指標(biāo)對(duì)這三種估計(jì)方法進(jìn)行了比較。本文在詳細(xì)介紹OFDM系統(tǒng)的基本原理后，重點(diǎn)對(duì)基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)作了具體的討論。隨著信噪比的增加，噪聲功率有所下降，因而誤碼率也會(huì)隨之下降。隨著階數(shù)的下降，其運(yùn)算復(fù)雜度會(huì)降低，但同時(shí)估計(jì)誤差會(huì)變大。而MMSE估計(jì)算法的獲得同時(shí)也是在假定已知信道自相關(guān)特性的條件下得到的，雖然與實(shí)際信道的特性有差距，但與未采用信道自相關(guān)特性的LS估計(jì)算法相比，其估計(jì)效果必然要好?？偠灾诺烙羞@樣一個(gè)特點(diǎn)即信道能量是集中的。由此我們可以粗略認(rèn)為，良好性能的獲得是要以犧牲某項(xiàng)指標(biāo)為代價(jià)的，而在此處誤碼率低的良好的信道估計(jì)算法是建立在高運(yùn)算復(fù)雜度的基礎(chǔ)之上的。五條路徑的強(qiáng)度比及延時(shí)，如下表所示： 表 () 路徑部分參數(shù)路徑號(hào)多徑強(qiáng)度（db）時(shí)延（）1002 3 54 510 由以上分析，就可得到頻率選擇性衰落信道的模型。至此我們可以得到一個(gè)平坦衰落信道。Monte Carlo方法的基本思想是通過(guò)描述中離散多普勒頻移f的概率分布的概率密度函數(shù)來(lái)產(chǎn)生多普勒頻移。如式（）： （）因而在仿真建立的初始階段，必須確定參數(shù)即（多普勒系數(shù)、離散多普勒頻移、多普勒相移）的值，以使的統(tǒng)計(jì)特性接近隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性。 用公式表示為： （）其中相移是均勻分布的隨機(jī)變量。此次仿真采用正弦波疊加法。在實(shí)際應(yīng)用中頻率選擇性衰落信道的模型有多種，下圖所示其中的一種模型： 圖 （） 時(shí)變頻率選擇性衰落信道的確定型模型所有信道模型的仿真都基于多個(gè)不相關(guān)的有色高斯隨機(jī)過(guò)程。所謂頻率選擇性衰落信道是信道的時(shí)延擴(kuò)展大于信號(hào)周期的信道，它是由多徑組合而成，其中每一路徑對(duì)應(yīng)于一個(gè)平坦衰落信道，而平坦衰落信道是指信道的時(shí)延擴(kuò)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信號(hào)周期的信道。移動(dòng)信道是充滿反射波的傳播環(huán)境，從發(fā)射臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)不是單一路徑來(lái)的，而是由許多路徑的反射波合成的，這種多徑傳播環(huán)境必然會(huì)帶來(lái)信號(hào)的多徑衰落。假定載頻為1GHz，系統(tǒng)工作帶寬為500kHz，平均分成64的子信道，一個(gè)完整的符號(hào)周期是，其中的是循環(huán)前綴部分，采樣時(shí)間間隔為，因而每個(gè)符號(hào)將包含69個(gè)抽樣值，并且其中的5個(gè)為循環(huán)前綴。在前面我們介紹的三種估計(jì)算法中，MMSE估計(jì)和SVD估計(jì)要用到信道的統(tǒng)計(jì)特性，包括信道傳遞函數(shù)的自相關(guān)陣以及噪聲方差，而一般情況下這些參數(shù)是不能預(yù)先知道的，因此以上估計(jì)方法的應(yīng)用受到了限制。因此，信道估計(jì)結(jié)果為：＝ （）SVD估計(jì)算法采用的是下圖所示的估計(jì)其結(jié)構(gòu)：圖（） 基于SVD的低階信道估計(jì)器越小SVD算法的運(yùn)算量越小，但性能惡化也越嚴(yán)重（沒(méi)有使用的傳輸系數(shù)的能量造成的），會(huì)產(chǎn)生地板效應(yīng)。對(duì)進(jìn)行特征值分解，為對(duì)角陣，對(duì)角線元素為的個(gè)從大到小排序后的特征值，即，進(jìn)一步推導(dǎo)可以得到 ，＝。式（）中不再是矩陣計(jì)算的一個(gè)因子，只要和已知或?qū)⑺鼈冊(cè)O(shè)定為固定標(biāo)稱值，那么只需要進(jìn)行一次及運(yùn)算即可。觀察這個(gè)式子可以發(fā)現(xiàn)，如果導(dǎo)頻序列是隨機(jī)的，那么它每改變一次就要矩陣及就要隨之變化，運(yùn)算量大，那么如何能夠避免呢？一個(gè)有效的辦法是用均值代替，這里假設(shè)為等概率分布且，其中為單位矩陣。在一些文獻(xiàn)中提出了LMMSE（Linear Minimum MeanSquare error）估計(jì)方法，但其運(yùn)算復(fù)雜度仍然很高，因而在一些文獻(xiàn)中采用最佳低階理論簡(jiǎn)化LMMSE算法，簡(jiǎn)化算法是通過(guò)奇異值分解（SVD，Singular Value Deposition ）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將以上各式代入式（）可以得到： （）這里， （）研究表明如果不服從高斯分布，式（）不一定是均方誤差最小的結(jié)果，但從均方誤差的角度說(shuō)，它始終是最好的線性估計(jì)器。 MMSE估計(jì)一般情況下，在OFDM系統(tǒng)中可以忽略掉信道間干擾（ICI），則式（）變?yōu)?，進(jìn)一步改寫為： （）那么可以把OFDM系統(tǒng)的信道看作個(gè)并行的相互獨(dú)立的高斯信道，如圖（）所示： 圖（）并行高斯信道我們將式（）改寫為矩陣形式，得： （）其中，為的離散傅里葉逆變換IDFT，是以為對(duì)角元素的對(duì)角陣，為DFT矩陣，即 （）其中， 。許多文獻(xiàn)在信道脈沖響應(yīng)有限長(zhǎng)的假設(shè)條件下對(duì)它們做了改進(jìn)，其中一種改進(jìn)方法是基于特征值分解的SVD（Singular Value Deposition）估計(jì)。在接收端提取導(dǎo)頻信號(hào)后，通過(guò)一定的估計(jì)算法計(jì)算出信道傳輸函數(shù)，以此結(jié)果對(duì)隨后的信號(hào)進(jìn)行校正一直到收到下一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)為止。第三章 基于塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的信道估計(jì)算法 基于塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的信道估計(jì)概述基于塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的信道估計(jì)是指在時(shí)間軸方向上，周期性地插入導(dǎo)頻信號(hào)，其中周期必須滿足抽樣定理，而在頻率軸上導(dǎo)頻信號(hào)占用了所有的子載波。如前所述，不同的導(dǎo)頻插入模式構(gòu)成不同的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，因而估計(jì)導(dǎo)頻位置處的信道傳遞函數(shù)以及估計(jì)數(shù)據(jù)信號(hào)處的信道傳遞函數(shù)的估計(jì)算法也是大不相同。按圖（）所示的OFDM系統(tǒng)進(jìn)行信道估計(jì)。上面的講述我們僅僅得到，并未得到信道傳遞函數(shù)，那么如何得到信道傳遞函數(shù)呢？ 信道傳遞函數(shù)在OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)的目的是利用在已知導(dǎo)頻信號(hào)的情況下，根據(jù)對(duì)接收到的導(dǎo)頻信號(hào)的分析，選用合適的算法估計(jì)信道傳輸函數(shù)。同時(shí)信號(hào)中混入的噪聲可以認(rèn)為是加性高斯白噪聲，用表示，這樣我們可以接收到信號(hào)，將其串并轉(zhuǎn)換后得到，其表達(dá)式為： （）收到之后，先對(duì)其進(jìn)行去掉保護(hù)前綴的處理得到，然后將其送入FFT模塊進(jìn)行快速傅立葉變換FFT，得到： （）若循環(huán)前綴（CP）的長(zhǎng)度大于信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度，則接收信號(hào)中不存在符號(hào)間串?dāng)_ISI，從而可以得到： （）其中，為的傅立葉變換，是第個(gè)子載波上接收信號(hào)中的ICI分量，它是由Doppler頻移所引起的其余子載波上調(diào)制信號(hào)在第個(gè)子載波上的干擾，可用下式表示： （）可看作第個(gè)子載波所通過(guò)的信道傳遞函數(shù)，它獨(dú)立于，其隨變化速率取決于，越小則隨變化越慢?；谶@種導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的信道估計(jì)必須進(jìn)行時(shí)域和頻域二維內(nèi)插濾波，但二維濾波的計(jì)算量很大，故通?？梢圆捎脙蓚€(gè)一維濾波器級(jí)聯(lián)的方法來(lái)降低其運(yùn)算量，當(dāng)然其性能會(huì)有所下降。為降低這種導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的復(fù)雜度，要在滿足抽樣定理的條件下，使時(shí)間間隔和頻率間隔盡量大。梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)如圖（）所示： 圖（） 梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)正方形分布的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，較前兩種導(dǎo)頻分布結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它要在時(shí)域和頻域兩方向上都等間隔的插入導(dǎo)頻信號(hào)。這種基于梳狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)僅需要進(jìn)行頻域內(nèi)插，而不需要進(jìn)行時(shí)域內(nèi)插。此外，這種信道估計(jì)方法僅適用于慢衰落信道，即認(rèn)為一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)信道響應(yīng)保持不變且相鄰符號(hào)的信道傳輸函數(shù)改變不大，之所以如此是由于所有子載波上都包含有導(dǎo)頻信號(hào)，對(duì)信道頻率選擇性不敏感所致?，F(xiàn)分別介紹如下： 塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)這種導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在信號(hào)流中每隔一定的時(shí)間就插入一次導(dǎo)頻信號(hào)，且相隔的時(shí)間滿足抽樣定理，故在某一時(shí)刻所有子信道上傳輸?shù)男盘?hào)都是導(dǎo)頻信號(hào)，即在頻率軸上，導(dǎo)頻信號(hào)占據(jù)所有的子載波。OFDM系統(tǒng)的信號(hào)分布在時(shí)域和頻域內(nèi)，因而導(dǎo)頻信號(hào)可以在時(shí)間和頻率兩維方向上進(jìn)行插入。此外，信道估計(jì)還可以用來(lái)糾正頻率偏移造成的信號(hào)正交性的破壞。在OFDM系統(tǒng)中通常采用多進(jìn)制調(diào)制方式（例如采用相移鍵控PSK和正交幅度調(diào)制QAM）,而在接收端需要進(jìn)行相干解調(diào)。第二章 OFDM系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù) 常見(jiàn)的三種導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)在OFDM系統(tǒng)中，系統(tǒng)能否正常工作的一個(gè)關(guān)鍵因素是能否準(zhǔn)確的估計(jì)信道。下圖給出了OFDM基帶系統(tǒng)模型圖 OFDM基帶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖（）所示，二進(jìn)制數(shù)據(jù)流通過(guò)多進(jìn)制調(diào)制后，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換得到OFDM符號(hào)，然后進(jìn)行快速傅里葉逆變換，再根據(jù)具體情況插入適當(dāng)?shù)难h(huán)前綴，并在并串轉(zhuǎn)換后進(jìn)行發(fā)送。同樣在接收端，為了恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)符號(hào)，可以對(duì)進(jìn)行逆變換，即DFT得到： （）根據(jù)上述分析可以看到，OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT和DFT來(lái)代替，通過(guò)N點(diǎn)的IDFT運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號(hào)變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號(hào)，經(jīng)過(guò)射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無(wú)線信道中，其中每一個(gè)IDFT輸出的數(shù)據(jù)符號(hào)都是由所有子載波信號(hào)經(jīng)過(guò)疊加而生成的，即對(duì)連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波的疊加信號(hào)進(jìn)行抽樣得到。如果N表示子信道的個(gè)數(shù)，T表示OFDM符號(hào)的寬度，是分配給每個(gè)子信道的數(shù)據(jù)符號(hào)，是第0個(gè)子載波的載波頻率，則從開(kāi)始的OFDM符號(hào)可以表示為（復(fù)數(shù)形式） （）對(duì)于N比較大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，式（）中的OFDM復(fù)等效基帶信號(hào)可以采用離散傅里葉逆變換（IDFT）方法實(shí)現(xiàn)。 OFDM技術(shù)原理描述OFDM系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)就是可以利用快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，從而可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。其中大都利用了OFDM可以有效地消除信號(hào)多徑傳播所造成符號(hào)間干擾這一特征。早在20世紀(jì)60 年代，OFDM技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用到多種高頻軍事系統(tǒng)中，其中包括KINEPLEX、ANDEFT以及KNTHRYN等。這樣就不再利用帶通濾波器，作為調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的一部分，而是經(jīng)過(guò)基帶處理就可以實(shí)現(xiàn)FDM。為了解決這種低效利用頻譜資源的問(wèn)題，在20世紀(jì)60年代提出一種思想，即使用子信道頻譜相互覆蓋的并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing），其中每個(gè)子信道內(nèi)承載的信號(hào)傳輸速率為b，而且要求各個(gè)子信道在頻域距離也是b，從而可以避免了使用高速均衡，并且可以對(duì)抗窄帶脈沖噪聲和多徑衰落，而且還可以充分利用可用的頻譜資源。每個(gè)子信道傳輸獨(dú)立的調(diào)制符號(hào)，然后再將N個(gè)子信道進(jìn)行頻率復(fù)用。1970年1月首次公開(kāi)發(fā)表了有關(guān)OFDM的專利。選擇OFDM的一個(gè)主要原因在于該系統(tǒng)能夠很好的對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。若以技術(shù)層面看來(lái)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，三代以后的通信系統(tǒng)則以正交頻分復(fù)用（OFDM）最受矚目，特別是有不少專家學(xué)者針對(duì)OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信技術(shù)上的應(yīng)用，提出相關(guān)的理論基礎(chǔ)，例如無(wú)線本地環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等，都將在未來(lái)采用OFDM技術(shù)。在通信界有這樣一種觀點(diǎn)，目前第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的方案實(shí)際只能是第二代移動(dòng)通信方案的改進(jìn)，算不上真正意義上的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，并且由于3G系統(tǒng)的核心網(wǎng)還沒(méi)有完全脫離第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以有理由認(rèn)為第三代系統(tǒng)僅僅是一個(gè)從窄帶到未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)過(guò)渡的階段。第三代移動(dòng)通信(3G)以全世界范圍的個(gè)人通信和多媒體通信為目標(biāo)，支持多速率、多業(yè)務(wù)，將采用CDMA、TDMA技術(shù)。第二代移動(dòng)通信以數(shù)字傳輸、窄帶的時(shí)分多址（TDMA）以及碼分多址（CDMA）為主體的技術(shù)，頻譜利用率高，通信容量大，保密性好，話音質(zhì)量好，可傳送數(shù)據(jù)，可自動(dòng)漫游。但由于模擬技術(shù)十分成熟，因而在發(fā)展初期也得到了較為廣泛的應(yīng)用。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代早期，包括模擬蜂窩和無(wú)繩電