基于导频的OFDM信道估计研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术由于具有频谱利用率高、能够有效对抗频率选择性衰落等优点,还可提供高速率和高质量的通信服务,因此它越来越多地受到人们的关注,已成为第四代移动通信的关键技术和当前国际上无线通信领域中的研究热点。但是,由于无线信道的传输特性以及OFDM系统本身的高带宽的性质,所以信道估计技术成为OFDM系统中一个非常重要的一个环节。因此,OFDM信道估计具有相当大的研究价值。本文系统分析了无线信道基本特征及OFDM基本原理,对OFDM系统中基于导频的信道估计算法进行了深入研究,其中包括最小二乘（LS, Least Squares）算法和最小均方误差（MMSE, Minimum Mean Square Error）算法。基于LS算法在估计信道时由于忽略了噪声的影响,使得估计算法难以获取良好的估计性能。针对这一问题,本文提出了一种基于尺度因子的最小二乘（SLS, Scale Least Squares）算法。该算法引入一个尺度因子,并基于该因子推导出一种具有更小信道估计均方误差（MSE, Mean Square Error）的LS算法。为了进一步简化运算,提出了LS-SLS算法。该算法是利用传统LS信道估计算法的表达式来获取OFDM子载波自相关矩阵的迹得出的。通过仿真实验验证了所提算法的有效性。针对MMSE信道估计算法需要利用信道相关矩阵,且先验信息在实际应用中难以获取的弊端,本文提出了一种简化最小均方误差（SMMSE, Simplified Minimum Mean Square Error）算法。该算法利用一个简化的矩阵来近似OFDM子载波相关矩阵,并基于该矩阵推导出一种复杂度降低的MMSE算法。为了进一步降低复杂度,提出了LS-SMMSE算法。该算法是利用传统LS信道估计算法的表达式来获取OFDM子载波自相关矩阵的迹得出的。通过仿真实验可知,所提算法虽然在估计性能上有所下降,但其性能仍明显优于LS算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 移动通信技术发展现状
• 1.2 OFDM技术的发展历史及其现状
• 1.2.1 OFDM技术的发展历史
• 1.2.2 OFDM技术发展现状
• 1.3 OFDM系统信道估计技术
• 1.4 论文的主要工作和内容安排
• 第2章 移动无线信道
• 2.1 引言
• 2.2 无线信道衰落类型
• 2.2.1 小尺度衰落
• 2.2.2 大尺度衰落
• 2.3 无线多径信道参数
• 2.3.1 频率色散参数
• 2.3.2 时间色散参数
• 2.3.3 角度色散参数
• 2.4 无线通信信道模型分析
• 2.4.1 无线多径衰落信道模型
• 2.4.2 瑞利衰落信道模型
• 2.4.3 莱斯衰落信道模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 OFDM基本原理及其关键技术
• 3.1 OFDM系统基本原理
• 3.1.1 OFDM系统模型
• 3.1.2 串/并转换
• 3.1.3 保护间隔和循环前缀
• 3.1.4 OFDM基本参数的选择
• 3.1.5 DFT实现
• 3.1.6 调制解调技术
• 3.1.7 频谱利用率
• 3.2 OFDM系统的优缺点
• 3.2.1 OFDM系统的优点
• 3.2.2 OFDM系统的缺点
• 3.3 OFDM系统的关键技术
• 3.3.1 信道编码与交织技术
• 3.3.2 降低峰值平均功率比
• 3.3.3 信道估计
• 3.3.4 时域和频域同步
• 3.3.5 均衡技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于导频的OFDM信道估计技术
• 4.1 信道模型
• 4.2 基于导频的OFDM信道估计
• 4.3 导频图案选择
• 4.3.1 块状导频结构
• 4.3.2 梳状导频结构
• 4.3.3 散状和交错状导频
• 4.4 基于块状导频的信道估计
• 4.4.1 LS算法
• 4.4.2 MMSE算法
• 4.4.3 基于SVD分解的MMSE算法
• 4.4.4 变换域信道估计算法
• 4.4.5 最大似然信道估计算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 传统OFDM信道估计算法的改进
• 5.1 基于LS的信道估计算法
• 5.1.1 SLS算法
• 5.1.2 LS-SLS算法
• 5.1.3 仿真实验结果
• 5.2 基于MMSE的信道估计算法
• 5.2.1 SMMSE算法
• 5.2.2 LS-SMMSE算法
• 5.2.3 仿真实验结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢