OFDM系统中信道估计技术的研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM）技术以其频谱利用率高、对抗多径时延能力强、硬件实现简单等优点,在当前各种高速无线数据传输系统中得到广泛应用,如数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）以及宽带无线接入技术802.16等,是新一代宽带无线移动通信系统和物联网宽带无线传输的首选传输技术。由于信号经过无线信道会产生多径效应引起频率选择性衰落,并且在移动环境下信道具有时变性,而信道估计技术能够估计与补偿信道对信号传输造成的影响,是在移动无线信道下提高通信质量的必要条件,是OFDM应用于无线环境中的关键技术。论文主要工作有:1.通过分析信号在无线信道的传播特性,建立了无线信道模型。在介绍OFDM系统的基本原理和抗衰落机制基础上重点对OFDM系统中基于导频辅助方式的信道估计技术进行研究。2.对不同信道条件下OFDM系统的信道估计算法、插值算法和导频分布图案对系统性能的影响进行了研究。仿真结果表明,MMSE估计算法性能最优,变换域估计算法次之,但它们的实现复杂度远高于LS算法;插值算法中三次样条插值效果最好,线性插值性能最差,但算法的实现复杂度随性能的提高而快速增长;不同导频图案在不同的信道环境下具备各自的优势,块状导频在慢衰落信道下效果最好并且能够抵抗更大的多径时延,梳状导频能够有效的跟踪信道变化适用在快变信道下,不规则结构导频则介于两者之间。3.针对宽带无线接入IEEE 802.16d WirelessMAN-OFDM在利用训练序列完成信道估计的传统方法下不能跟踪一帧内时变信道的变换,无法应用于移动无线环境的问题,论文基于IEEE 802.16d帧结构提出一种结合前导训练序列和判决反馈式导频的信道估计方法。算法通过无线帧头的前导训练序列完成初始精确的信道估计;由于帧结构中导频间隔较大,使用判决反馈方式提高导频估计准确度;最后利用前导和判决反馈导频估计的结果联合完成信道估计。仿真结果表明,与传统的信道估计方法相比,此算法能够更有效的对抗频率选择性衰落和更大的多普勒频移,能够使IEEE 802.16d系统工作在低速移动环境中,改善系统的性能。提出的信道估计方法已成功运用于实际系统中,能够工作在复杂的无线移动环境,具有实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景与意义
• 1.1.1 移动通信的发展
• 1.1.2 OFDM 系统的发展历史和优缺点
• 1.1.3 OFDM 系统中信道估计的研究现状
• 1.2 论文的主要内容
• 2 OFDM 系统的基本原理
• 2.1 移动无线信道的传播特性
• 2.1.1 衰落
• 2.1.2 多径效应
• 2.1.3 时变性
• 2.1.4 无线信道模型
• 2.2 OFDM 系统原理
• 2.2.1 OFDM 基本原理
• 2.2.2 OFDM 的IFFT/FFT 实现
• 2.2.3 保护间隔和循环前缀
• 2.2.4 OFDM 符号在无线信道中的传输
• 2.3 本章小结
• 3 OFDM 系统信道估计技术
• 3.1 OFDM 信道估计概述
• 3.2 最小平方（LS）信道估计
• 3.2.1 LS 信道估计算法
• 3.2.2 LS 估计仿真
• 3.3 最小均方误差（MMSE）信道估计
• 3.3.1 MMSE 信道估计算法
• 3.3.2 简化SVD 算法
• 3.3.3 LS 和MMSE 估计仿真比较
• 3.4 变换域信道估计
• 3.4.1 基本算法
• 3.4.2 LS 和变换域估计仿真比较
• 3.5 基于导频的信道估计方法
• 3.5.1 线性插值
• 3.5.2 高斯插值
• 3.5.3 三次样条插值
• 3.5.4 DFT/IDFT 插值
• 3.5.5 插值算法仿真分析
• 3.6 导频结构设计
• 3.6.1 导频设计准则
• 3.6.2 常用导频图案
• 3.6.3 不同导频图案估计性能比较
• 3.7 本章小结
• 4 一种用于 IEEE802.16d 的改进信道估计算法
• 4.1 IEEE 802.16 简介
• 4.2 IEEE 802.16d Wireless MAN-OFDM 帧结构
• 4.3 IEEE 802.16d 下改进信道估计算法
• 4.3.1 前导估计
• 4.3.2 改进导频估计
• 4.3.3 前导和导频联合估计
• 4.4 仿真分析
• 4.5 实际应用
• 4.5.1 系统简介
• 4.5.2 系统验证
• 4.6 本章小结
• 5 结语
• 5.1 论文工作的总结
• 5.2 工作计划与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录