【正文】 (317) 其中 YYR 表示接收端信息的自相關矩陣， HYR 為信 道頻率響應與接收端信息的互相關矩陣 。 17 最小均方誤差估計 (MMSE) 相比于 LS 算法， 基于 最小均方誤差 準則 錯誤 !未找到引用源。 圖 LS 估計器結構 圖 可見 對于最小平方估計器， 只需知道接收樣本 Y 的信息 即可 ， 因此 硬件實現(xiàn)簡單， 這也是該算法的優(yōu)勢所在。下面要做的工作就是根據(jù) Y對信道的沖激響應進行估計。 由通信原理 可知， 接收機 所接收的信號一般由有用信號和噪聲組成。 最小平方 (LS)算法 基于 最小平方 (LS)準則的信道估計算法 錯誤 !未找到引用源。 為滿足優(yōu)良的信道傳輸特性，時域抽樣 點數(shù)應和 和頻域抽樣 點數(shù)近似相等 ，即 ： m a x12d t c f df T N f N f T??? (34) 綜上所述，根據(jù)已知的導頻信息 ，便可獲得信道在導頻位置的傳輸特性，進而獲得整個信道的傳輸特性 。 在時域抽樣定理中 ， 抽樣頻率 應 滿足： ? ?12t S dNT f? ，即： 12tdSN fT? （ 32） 其中 df 為信號帶寬， tN 是在時間方向上的最小間隔。轉化為公式即為： ? ?max1 fcNf ???。 。常見的插入方式有 梳 狀導頻和 塊狀導頻，前者對應于瑞利衰落信道，后者對應于慢衰落 信道，導頻圖案如圖 所示。 根據(jù) 正交頻分復用系統(tǒng)組成原理 ， 導頻的插入可以在時域進行，也可以在頻域進行。導頻信號不能任意選擇，而是要根據(jù)具體環(huán)境選擇導頻的結構和數(shù)量。 0 20 40 60 80 100 120 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4S V 信道模型 C M 1 環(huán)境下的信道沖激響應T i m e ( n s )Gain0 20 40 60 80 100 120 0 . 200 . 20 . 40 . 6S V 信道模型 C M 2 環(huán)境下的信道沖激響應T i m e ( n s )Gain0 50 100 150 200 250 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4S V 信道模型 C M 3 環(huán)境下的信道沖激響應T i m e ( n s )Gain0 50 100 150 200 250 300 350 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4S V 信道模型 C M 4 環(huán)境下的信道沖激響應T i m e ( n s )Gain 圖 SV 模型中四種信道的頻率響應 由圖 可知，一般快衰落信道的多徑時延都會超過 50ns，對于 CM4這種特殊環(huán)境下的快衰落信道，其多徑時延甚至超過了 220ns， 由此可見 CM4 13 信道對信號的深衰落程度 。 表 31 OFDM 信道 參數(shù) 信道模型 CM1 CM2 CM3 CM4 10dB 多徑數(shù) 總能量 85%多徑數(shù) 平均附加時延 信道能量平均值 /dB (1 )ns? ? 1dB? 2 dB? x dB? 4 5 5 4 (1 )ns? ? RMS 延擴展 /ns 6 7 14 23 信道能量標準差 /dB 其中參數(shù) 的 含義如下： ? 指 簇到達速率， ? 指 簇功率衰減因子， 12,??指簇與簇內多徑幅度在對數(shù)正態(tài)分布下標準差， ? 指多徑功率衰減因子 。 表 31 給出了四種信道模型的 參數(shù)對比 情況 。 OFDM 系統(tǒng)也不例外，主要研究 Saleh 和 Valenzuela 提出的以下四種信道特性 錯誤 !未找到引用源。 通過信道估計算法，可以 得到發(fā)送端與接收端無線信道的沖激響應，使信道誤差最小化 ，最大程度保證原始信息無失真?zhèn)鬏?。在正交頻分復用系統(tǒng)中，一般情況下都采用 此類 信道估計算法。其優(yōu)勢不如導頻輔助信道估計，但彌補了盲信道估計的不足。 (3)半盲信道估計。 不需要在信息 的比特位上插入導頻信息，只需 在接收端通過信息提取 技術來獲得信道的估計值。但是由于引入了輔助信息 ， 浪費了帶寬，降低了頻譜利用率。 在發(fā)送端信號的 某些比特位上插入合適長度的導頻信息，在接收端根據(jù)這些導頻信息，按照某種估計準則對信道進行估計。 常用的信道估計 算法分類如下 錯誤 !未找到引用源。對于現(xiàn)代通信系統(tǒng)，信道 在時域存在時間選擇性衰落 特性 ，在頻 域存在頻率選擇性衰落 特性 ，而系統(tǒng)又必須 適應突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務，因此， 信道估計 仍是目前學術界較難攻克的難題之一 。 無線通信系統(tǒng)受周圍環(huán)境的影響較大，建筑物，河流，山脈，森林等對電磁波的吸收較強，加之反射與衍射、多徑衰落對信號的影響，到達接收端的信號，幅值和相位可能發(fā)生畸變，難以進行 識別 。 9 3 OFDM 信道估計及其 性能 仿真 信道估計概述 所謂信道估計，就是描述物理信道對輸入信號的影響 而進行定性研 究的過程， 換句話說 ，信道估計就是估計發(fā)送天線到接收天線之間的無線信道的頻率響應 錯誤 !未找到引用源。也正因為信號的高速傳輸，要使接收端信號的誤碼率降低，必須對信道的傳輸特性進行估計。 。盡管 N 路信號同時出現(xiàn)峰值是低概率事件，但為了 滿足接收端信號的完好無損， 發(fā)送端 要求 高功率放大器 (HPA)具有很大的線性 范圍，這將降低發(fā)射機的 工作效率 。 降低峰值平 均功率比 (PAPR) 在時域中，正交頻分復用信號是 N 路子載波信號的疊加。 信道編碼通常采用卷積嗎，編碼效率 1 2 2 3 3 4R ? 、 或 ,以對抗快衰落信道中的隨機錯誤； 對于突發(fā)差錯，一般采用交織深度為 20 的交織編碼。在具體設計時，必須同時考慮以上 兩個問題 ，因為估計器 性能 優(yōu)良與否 與導頻圖案的排列方式息息相關。在下行鏈路中，基站通過廣播控制信道 (BCCH)向各移動臺發(fā)送同步信號；在上行鏈路中，為保證各信道的正交 性，到達基站的各移動臺信號也必須保持同步。頻分多址，時分多址，碼分多址等 在配合正交頻分復用技術 使用 時， 更應注意對定時同步與頻偏的控制。 OFDM 系統(tǒng)的關鍵技術 OFDM 之所以 是優(yōu)秀的 多載波調制方案，其原因不只是以上諸多優(yōu)點，還與如下關鍵技術有關 。 (2)對頻率偏移敏感 。 OFDM 技術的缺點主要有： (1)存在一定概率的 PAPR。 (3)通過編碼技術可以解決系統(tǒng)的隨機錯誤，交織技術可解決突發(fā)錯誤，OFDM 系統(tǒng)通過編碼與交織，能很好地提高系統(tǒng)的誤碼性能。 OFDM 技術的優(yōu)點主要有： (1)由于 DSP 技術的飛速發(fā)展， OFDM 系統(tǒng)中各子信道的正交調制和解調可通過快速傅里葉變換 (FFT)和逆變換 (IFFT)來實現(xiàn)，從而大大降低了算法復雜度，且信息的實時處理更快更可靠。在接收端，采取相反的措施，理論上便可完全恢復出原始信號。用循環(huán)前綴來填充保護間隔， 只要保護間隔長度大于信道的最大時延擴展，信道便仍然正交，這樣便可進一步降低 ISI 和 ICI 的影響。 串 /并 轉換主要是將 串行傳輸?shù)?高速數(shù)據(jù)流轉換成并行傳輸?shù)?多路 低速子數(shù)據(jù)流，從而延長符號周期，將快衰落信道轉換成平坦衰落信道， 減小符號間干擾 。 圖 是 OFDM 系統(tǒng)結構圖，主要采用了離散傅里葉變換算法。 ()st 的實部和虛部 分別和 OFDM符號的同相 (Inphase)和正交 (Quadraturephase)分量相對應 ，在實際應用中可分別用cos 和 sin 代替， 這樣便構成了合成的正交頻分復用信號。 在實際應用中，一般采用等效基帶信號來描述 OFDM輸出信號，具體 的 數(shù)學 表達式 見式 (21)。 。這里假設 OFDM系統(tǒng)的保護帶寬 =1 (2 )ST? 。 表 21對其做了詳細比較。 多載波調制技術的原理框圖如圖 。 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。 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平坦衰落特性 ， 然后使用這些 子信道傳輸信號并在接收機中予以 合并，以實現(xiàn)信號的頻率分集 錯誤 !未找到引用源。 另外，當信道的相關帶寬小于信號帶寬時， 會產(chǎn)生頻率選擇性衰落現(xiàn)象 ， 導致通信的可靠性降低。 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)。 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) 就是用信息調制單一載波 ，接收端采用與發(fā)射端相同的載波進行解調 的通信系統(tǒng)。 第四章在第三章的基礎上提出基于 DFT 的信道估計改進算法 ，并仿真分析改進算法較傳統(tǒng)算法在減小誤碼率和 均方誤差上 的優(yōu)越性。 第 三章 是本文的重點。 第一章以移動通信的演變?yōu)楸尘?，介紹了 OFDM 技術的提出、發(fā)展歷程和在民用通信中的應用 ， 然后根據(jù)無線信道環(huán)境引出信道估計的概念。 。 對于 OFDM 系統(tǒng)，信道估計的任務就是，根據(jù)接收到的已失真的、疊加了 AWGN 的信息序列來準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值。 解調 一般分為非相干解調和相干解調 兩大類 ，非相干解調適用于低速傳輸?shù)南到y(tǒng)， 對于多進制調制的高速傳輸系統(tǒng)，大多數(shù)采用相干解調技術。 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 。例如 1999年到 20xx年期間， 清華大學成功研發(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。加之高速 DSP 技術，自適應技術，軟件無線電 技術 的日益成熟， 如何將OFDM 技術應用到無線通信系統(tǒng)，成為人們亟待解決的問題。直到 1982 年， Weinstei 和 Ebert 提出基于離散傅里葉變換 (DFT)的 OFDM 基帶調制，才使得人們開始重視這一技術。 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 或部分低數(shù)據(jù)業(yè)務，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，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 ，而其中的關鍵技術之一 —— 正交頻分復用 (OFDM)成為研究熱點 。 作者簽名： 日 期： 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................. 1 研究內容及背景意義 ........................................................................ 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)的關鍵技術 ..................................................................... 7 3 OFDM 信道估計及其性能仿真 ..............................