OFDM系统的信道估计和隐藏导频算法研究

论文摘要

随着数字技术的不断发展,人们对移动通信系统的要求越来越高。作为一种新颖的调制方式,正交频分复用(OFDM)有很高的频带利用率和很强的抗干扰能力,所以特别适用于高速移动通信系统,所以OFDM技术代表了未来的研究方向。在OFDM系统中,为了保证系统的性能不受通信信道的多径和衰落效应的影响,就要采用信道估计来跟踪信道响应的变化,并消除信道衰落对系统性能的影响。可以说,在OFDM系统中信道估计是决定并影响系统能否正常工作的关键技术之一。本文首先介绍了移动通信系统的发展历史以及OFDM技术产生的背景,并详细描述了OFDM系统的原理和系统模型。然后介绍了移动通信系统的信道特性以及信道估计技术,并指出信道估计技术是影响OFDM移动通信系统性能的关键技术之一。然后详细探讨并研究了适用于OFDM系统的各种信道估计方法。重点对OFDM系统中,多径时变衰落信道条件下各种信道估计算法进行研究。分别研究并分析了OFDM系统中时域信道估计、频域信道估计以及时域频域联合信道估计。时域信道估计主要估计移动通信系统中的信道脉冲响应,主要根据MMSE、LS等准则提出信道估计方法,并对这些算法进行了必要的了解和分析;频域信道估计方法主要利用导频辅助(PSAM)方法,通过在数据流当中插入导频信号来进行信道估计。总结了各种内插方法在OFDM系统中进行信道估计的算法,并比较了各种算法在不同信道条件下的性能表现。在时域信道估计和频域信道估计的基础上,总结并分析了时域频域联合信道估计算法。在时域插入相关性较好的伪随机序列来估计信道脉冲响应,并转换到频域进行频域信道频率响应估计。为了进一步提高通信系统的性能和带宽利用率,本文接着分析了基于一阶统计特性的隐藏导频信道估计技术。在这一方案中,将预先选择的导频序列叠加至时域发送信号之上,而后利用调制后的发送信号和加性噪声均为零均值这一特点,消除发送信号及噪声对估计的影响,从而获得较为准确的信道估计值。本文提出了了基于非周期冲激串和基于周期序列的两种隐藏导频的改进算法,分别从不同角度解决上述问题。基于非周期冲激串的估计方法从设法消除频域高峰值脉冲入手,选取合适的导频序列进行信道估计;而使用周期序列的估计方法则从降低估计误差入手,使优选的序列在估计时获得最小的估计误差,同时又能获得最小的频域峰均比。仿真结果表明,采用非周期隐藏导频算法时,系统的带宽比传统方法降低1/8,而采用周期隐藏导频算法的估计性能比前者又有了进一步的提高。在论文的最后,总结并比较了了现有的一系列信道估计算法,提出了未来的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线信道的传输特性
• 1.2 JAKES 信道仿真模型
• 1.3 信道估计的作用和主要方法
• 1.4 论文的主要内容和结构
• 第二章 OFDM 移动通信技术
• 2.1 保护间隔和循环前缀
• 2.2 OFDM 系统中的关键技术
• 2.2.1 信道估计和均衡
• 2.2.2 同步
• 2.2.3 峰平比抑制（PAPR）
• 2.3 本章小结
• 第三章 OFDM 系统的信道估计
• 3.1 信道估计的类型
• 3.1.1 时域信道估计
• 3.1.2 频域信道估计
• 3.1.3 时域频域联合信道估计
• 3.2 基于导频信号的频域信道估计
• 3.2.1 导频插入方式
• 3.2.2 导频图案的选择
• 3.3 OFDM 系统中信道估计的内插方法
• 3.3.1 线性内插
• 3.3.2 高斯内插
• 3.3.3 三次曲线内插
• 3.3.4 拉格朗日内插
• 3.4 各种内插方法的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 隐藏导频估计
• 4.1 概述以及隐藏导频的优越性
• 4.2 隐藏导频估计的VITERBI 算法
• 4.2.1 最大似然（ML）估计
• 4.2.2 Viterbi 改进算法
• 4.3 基于非周期隐藏导频序列的OFDM 信道估计
• 4.3.2 信道估计算法
• 4.3.3 导频序列选取
• 4.3.4 估计均方误差
• 4.3.5 仿真结果
• 4.4 使用周期导频的OFDM 信道估计
• 4.4.2 信道估计算法
• 4.4.3 估计性能分析
• 4.4.4 导频序列选取
• 4.4.5 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 OFDM 系统子空间的盲估计
• 5.1 盲估计方法的优越性和限制
• 5.2 子空间方法的发展历史
• 5.3 子空间方法的条件和步骤
• 5.4 OFDM 系统基于子空间的信道盲估计算法
• 5.5 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢