OFDM系统信道估计算法的研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)技术是一种可以有效对抗多径衰落的高速数据传输技术,在无线通信领域都得到了广泛应用。由于在移动通信中,信道具有时变特性,因此,动态地对信道进行估计是十分必要的。人们在对信道估计进行研究时多采用某一特定信道衰落特性下(多径衰落和多普勒频移)通过算法对信道冲激响应进行估计的方法,这在某种程度上只能就特定环境下的估计性能进行改进,并使各种算法的应用范围受到很大的限制,那么,本文针对无线多径时变信道统计特性进行了较为深入的研究,并以此建立了更适合于无线通信传输系统的非相关散射的信道数学模型。本文基于上述数学模型的基础,从频域和时域两个角度给出了分别基于频域和时域的OFDM信道估计改进算法,使所改进算法的适用范围和性能得到明显提高。由于在大多数实际OFDM系统中,都假设循环前缀的长度大于信道冲击响应的长度。然而,当信道冲击响应的长度大于循环前缀长度时,传统的OFDM频域估计算法不能对信道进行有效估计,本文针对这一方向,给出了一种基于时域导频的联合信道估计方法。仿真结果表明,在可近似于获得固定信道模型的估计效果的前提下,本算法使估计的维数大大地降低,减小了系统的复杂度并且可以有效消除由于信道冲击响应过长而带来的干扰,。而时域上,则针对导频子载波进行了离散傅里叶变换,并将频域最小均方与时域最小二乘算法结合来估计出信道的冲激响应,并在上述条件下进行了算法仿真。仿真表明,在时变信道的仿真环境下,当导频数大于系统等效信道长度时,其时域的估计性能要好于频域估计性能,而当导频数小于等效信道长度时,基于二阶统计特性的最小均方估计要优于时域最小二乘估计。实验结果表明了本文所建立的非相关散射模型下的估计算法,在增强系统对抗恶劣信道环境的适应能力和提高抗多径衰减等方面有很大的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 通信系统中信道估计技术的发展现状及趋势
• 1.2 单载波与多载波传输系统的比较
• 1.2.1 单载波传输系统
• 1.2.2 多载波传输系统
• 1.2.3 OFDM技术的优点
• 1.2.4 与单载波系统相比存在的不足
• 1.3 本论文的结构与内容安排
• 第2章 OFDM系统的基本原理
• 2.1 OFDM系统的基本模型
• 2.1.1 OFDM信号的产生
• 2.1.2 OFDM的FFT实现
• 2.1.3 OFDM的DFT实现
• 2.1.4 保护间隔和循环前缀
• 2.2 OFDM系统基本参数的选择
• 2.3 本章小结
• 第3章 无线通信系统的信道特征
• 3.1 无线信道中电波传播特性
• 3.1.1 大尺度衰落特性
• 3.1.2 小尺度衰落信道
• 3.2 无线多径信道的参数
• 3.2.1 相关时间与多普勒扩展
• 3.2.2 相关带宽和时延扩展
• 3.3 接收信号的包络分布
• 3.3.1 瑞利信道模型
• 3.3.2 莱斯信道模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 OFDM系统的信道估计算法
• 4.1 信道估计技术概述
• 4.2 信道估计的方法
• 4.3 二维信道估计原理
• 4.3.1 二维维纳滤波器理论
• 4.3.2 二维维纳滤波器设计
• 4.3.3 级联的一维滤波方法
• 4.4 信道估计的基本准则
• 4.4.1 最小平方（LS）信道估计
• 4.4.2 最小均方误差（MMSE）信道估计
• 4.4.3 SVD算法
• 4.4.4 最小线性均方误差信道估计算法（LMMSE）
• 4.4.5 改进估计算法仿真与性能比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于导频符号的信道估计
• 5.1 基于导频的信道估计
• 5.2 导频符号选择
• 5.3 梳状导频方式下的信道估计
• 5.4 块状导频方式下的信道估计
• 5.5 本文改进算法仿真分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果
• 致谢