【正文】 ...................................... 9 信道估計概述 ................................................................................... 9 信道估計的目的 ..............................................................................10 OFDM 信道特性 ...............................................................................10 信道估計方法 ..................................................................................13 插入導(dǎo)頻法信道估計 ............................................................13 最小平方 (LS)算法 .................................................................14 最 小均方誤差估計 (MMSE)...................................................17 線性最小均方誤差 (LMMSE)算法 .........................................18 基于 DFT 變換的信道估計 ....................................................19 性能比較與分析 ...............................................................................21 4 改進的 DFT 算法及其性能仿真 ................................................................23 算法簡介 ..........................................................................................23 性能仿真 ..........................................................................................25 5 結(jié)論與展望 ................................................................................................30 參考文獻 .......................................................................... 錯誤 !未定義書簽。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 畢業(yè)設(shè)計論文 基于 OFDM 技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的信道估計的研究 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 答 謝 .........................................................................................................31 1 1 緒論 研究內(nèi)容 及 背景 意義 近 30 年來，移動通信領(lǐng)域經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字， 窄帶到寬帶， 低 數(shù)據(jù)傳輸速率到高 數(shù)據(jù) 傳輸速率的演變。 OFDM 技術(shù)的提出可以追溯到上世紀 60年代，但由于當時大規(guī)模集成電路的限制， OFDM 并未得到重視。 1990年， Peled 和 Ruiz 提出的循環(huán)前綴 (Cyclic Prefix,CP)，解決了信道正交性問題。 經(jīng)過多年的發(fā)展， OFDM 技術(shù)已成功應(yīng)用到數(shù)字音頻廣播 (DAB),數(shù)字視 頻廣播 (DVB)， 高清電視 (HDTV)， 視頻點播 (VOD)， 無線局域網(wǎng) (WLAN)等通信領(lǐng)域 。 。為了更好地適應(yīng)信道傳輸，發(fā)送端通常采用調(diào)制技術(shù)； 2 相應(yīng)地，接收端要獲得原始信息，必須對接收信號進行解調(diào)。因此， 為使接收端獲得與發(fā)送端完全同頻同相的載波信息 ，必須 對信道 進行估計 ,以對抗碼間干擾和多徑 衰落 。 因此，研究信道估計技術(shù)意義重大 錯誤 !未找到引用源。 本論文所做 的 主要工作 本文基于 OFDM 系統(tǒng)原理，以 OFDM 信道估計 算法為研究對象，對比分析了快衰落環(huán)境下各種估計算法的誤碼率和均方誤差，隨后提出一種估計性能優(yōu)良的改進算法，并仿真了改進算法在抵抗碼間干擾、多徑衰落的優(yōu)越性。 第二章 簡要 介紹了快衰落信道下 OFDM 系統(tǒng)組成原理，包括串 /并轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)調(diào)制，離散傅里葉變換，循環(huán)前綴等內(nèi)容，然后介紹了 OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)缺點及關(guān)鍵技術(shù)。首先 簡要介紹了 信道估計的分類和目的；然后介紹了快衰落下的四種信道模型，并對四種模型的沖擊響應(yīng)進行了仿真 ，以觀察各信道的時延擴展，并為后面估計算法的性能仿真做準備 ；之后 重點分析了 基于 LS 算法、 MMSE 算法、 LMMSE算法以及基于 DFT 算法的信道 估計原理， 3 進行了大量公式推導(dǎo) ，并總結(jié)其優(yōu)缺點 ；最后在不同信道環(huán)境，不同子載波數(shù) 下用 MATLAB 對各算法的誤碼率和均方誤差進行了仿真， 總結(jié)各算法估計性能 。 第五章是本文的總結(jié)與展望。它的原理 如圖 所示，其中 ()gt 是匹配濾波器 ，用以濾除帶外噪聲 。但是，使用單載波系統(tǒng)傳輸高速 的 寬 帶業(yè)務(wù) ， 均衡算法 中抽頭系數(shù)大，訓(xùn)練序列多，這使得算法非常復(fù)雜，收斂速度也 變得緩慢 ，因此必然會存在由于時延擴展而造成的碼間干擾。 因此，人們必須提出更好的通信系統(tǒng)模型，來適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信，多載波通信技術(shù)便是在這種背景下受到人們重視的 。 。 當 M 很大時 ，每個子信道都可看做是無 ISI 的子 信道，在接收端，可以采用 低復(fù)雜度的 信號處理算法 實現(xiàn)無 ISI的 信息傳輸。 圖 多載波 調(diào)制原理方框圖 單載波與多載波存著在諸多 不同的系統(tǒng)參數(shù) ， 如 符號時間，總頻帶寬度等。其中 M 代表子載波數(shù)， ST 為正交頻分復(fù)用碼元周期。 表 21 單載波和多載波 系統(tǒng)參數(shù) 比較 傳輸方式系統(tǒng)參數(shù) 單載波 多載波 符號時間 STM ST 速率 SMT 1ST 總頻帶寬度 2 SMT? 2 1 (2 )SSM T M T? ? ? ? ISI 敏感度 敏感 較不敏感 5 OFDM 基本原理 OFDM 屬于多載波調(diào)制方案之一， 它的基本原理是：將高速傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成若干個并行傳輸?shù)牡退僮訑?shù)據(jù)流， 然后用這些子數(shù)據(jù)流去調(diào)制相互正交的子載波，從而構(gòu)成多個低速比特流 并行傳輸 的系統(tǒng) 錯誤 !未找到引用源。它的最大特點是各子載波具有正交性 ，從而調(diào)制后的頻譜可以重疊， 這在 頻譜日益緊張的 情況下 ， 是一次重大的技術(shù)變革 。 10( 2 ) e x p 2 ( ) ,()0,Mi s S s s s Si Ss s Sid r e c t t t T j t t t t t t TTstt t t t T???? ??? ? ? ? ? ? ?? ??? ? ??? ? ? ???或 (21) 其中， M為子載波數(shù)， ST 為 OFDM 碼元周期， ( 0,1, )idi? … ,M1是 第 i 個子信道的數(shù)據(jù)流， st 是 OFDM 符號開始的時 刻 。 由于 OFDM 是多載波方案，可用圖 ，只要滿足各載波相互正交即可。 其中，上半部分 是 OFDM 的發(fā)送端 ，下半部分 是 OFDM的 接收 端 ，中間的信道 是 典型的 瑞利 衰落信道，信道中的噪聲是 AWGN。 DFT/IDFT 可用 FFT/IFFT 代替，降低算法復(fù)雜度， 提高計算效率， 且可在同一硬件電路中實現(xiàn)。載波調(diào)制是 為了使信號 6 適合信道傳輸。 圖 基于 IFFT/FFT 實現(xiàn)的 OFDM 系統(tǒng) 框圖 OFDM 的優(yōu)缺點 任何一項技術(shù)都不是完美無瑕的， 正交頻分復(fù)用 技術(shù)也是如此 ，存在著如下優(yōu)缺點 。 (2)現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)一般存在非對稱性， OFDM 系統(tǒng)可通過調(diào)制不同的子載波來獲得相應(yīng)的信息傳輸速率，從而滿足現(xiàn)代通信的需求。 (4)由于 OFDM 各子載波相互正交， 在極端情況下 允許 各調(diào)制信號的頻譜有 12重疊，因 此與 第一代移動通信中的 FDM 系統(tǒng)相比 ， OFDM 系統(tǒng) 頻譜利用 7 率高，可節(jié)省帶寬。高峰均比信號通過功率放大器時，為防止信號畸變，功放必須具有較大的線性范圍，這將降低功率放大器的工作效率。 OFDM 系統(tǒng)要求各信道之間嚴格正交，系統(tǒng)的定時同步精度非常高，對于 快衰落環(huán)境引起的頻偏，高精度定時同步算法發(fā)雜，且較難實現(xiàn)。 時域與頻域同步技術(shù) 前文提到， OFDM 系統(tǒng) 對定時同步 有很高的精度要求 ，且易受頻偏影響。在通信過程中，同步一般分為捕獲和跟蹤兩個階段。 信道估計 在 正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要考慮以下兩方面的因素 ：一是 算法簡單 、硬件實現(xiàn)容易 且估計性能優(yōu)良的 估計器的設(shè)計；二是導(dǎo)頻圖案的選擇，無線信道一般是多徑衰落信道，為提高通信可靠性，需要不 8 斷 地發(fā)送導(dǎo)頻信息來跟蹤無線信道 。 信道編碼與交織 信道編碼與交織 技術(shù) 能夠 有效降低 數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率 ，提高通信的抗干擾能力 。信道編碼與交織編碼結(jié)合使用，使得通信系統(tǒng)具有較強的 檢錯與糾錯 能力 ，從而提高了通信系統(tǒng)的可靠性 。當這 N 路信號恰好 同時出現(xiàn)峰值時， OFDM信號 的峰值功率將會產(chǎn)生最大值，且 是平均功率的 N 倍。因此， 人們提出諸如限幅類技術(shù)，編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)來 降低 PAPR 錯誤 !未找到引用源。 通過以上的介紹可以得出， OFDM系統(tǒng)在高速傳輸系統(tǒng)中具有無可比擬的優(yōu)越性。因此，設(shè)計好的信道估計器 是 OFDM 系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。 。 為了提高通信的抗干擾性能，必須對發(fā)射機和接收機之間的無線信道進行估計，以滿足信號的無失真?zhèn)鬏敗?一般地，信道估計算法要使 誤碼率最低， 均方誤差最小，且算法復(fù)雜度不要太高，因此，信道估計器結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要。 ： (1)基于導(dǎo)頻信息的 信道估計。 該估計優(yōu)點是算法復(fù)雜度不高，估計 性能優(yōu)良。 (2)盲信道估計。其優(yōu)點是系統(tǒng)頻譜利用率高，而缺點是需要接收到足夠多的數(shù)據(jù)才能 得到可靠估計值 ，因而運算時間長 ， 信 10 號實時處理性差， 這就阻礙了它在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用。 對導(dǎo)頻輔助信道估計和盲信道估計進行折中處理，便得到半盲信道估計。 工程中使用較多的是導(dǎo)頻符號輔助調(diào)制 (Pilot Symbol Assisted Modulation,PSAM)信道估計方法， 其所用的數(shù)學(xué)模型合理，理論成熟，算法復(fù)雜度較低，估計性能優(yōu)良。 信道估計的目的 信道估計 是進行同步檢波與均衡 的基礎(chǔ)。 OFDM 信道特性 一般地，研究無線通信系統(tǒng)的信道特性 時，通常是基于 收發(fā)信機之間 否存在視距分量。 ： CM1 信道： 發(fā)射機與接收機之間的 距離在 4m 以內(nèi)，在視距范圍內(nèi) ； CM2 信道： 發(fā)射機與接收機之間 的 距離在 4m 以內(nèi)，不 在視距范圍內(nèi) ； CM3 信道： 發(fā)射機與接收機之間 的 距離在 4～ 10m，不 在視距范圍內(nèi) ； CM4 信道： 發(fā)射機與接收機之間 的 距離在 4～ 10m，不 在視距范圍內(nèi) ，代