基于DFT的OFDM信道估计算法研究

论文摘要

由于正交频分复用OFDM技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)具有较高的频谱利用率和较好的抗干扰能力,已经被各种无线数字标准所广泛采用,例如数字音频广播(DAB),数字电视广播(DVB),无线局域网(802.11,HIPERLAN),无线广域网(802.16)等。在实际应用中,信道估计技术是要重点考虑的关键技术。为了保证系统的性能不受信道的多径和衰落效应的影响,就需要采用信道估计的方法来跟踪信道响应的变化。本文在简单分析OFDM的基本原理和无线信道的传播特性的基础上,详细介绍了基于导频的信道估计技术。它是在发送端信号中的某些固定位置插入一些已知的导频信号,在接收端取出这些导频信号并根据一定的算法获得其所在位置处的传输函数的估计,再采用合适的插值算法进而获得所有位置处的信道传输函数。这种方法能较好的跟踪信道的信息,通过设计合理的导频图案,能够利用较少的导频信息获得信道响应。本文简单介绍导频处的信道估计准则LS(Least Squre)、MMSE(Minimum Mean Square Error)、LMMSE(Low Rank LinearMMSE)、SVD(Singular Value Decomposion)算法以及线性插值、高斯插值、维纳滤波器、基于DFT的插值算法,其中对基于DFT的插值算法进行了重点分析。本文以COST 207 TU多径信道模型为程序仿真环境,对基于DFT的几种插值算法进行仿真分析,比较了其性能。并对现有的基于DFT信道估计算法进行了改进,为了降低噪声的影响,及插值所带来的噪声误差,将得到的信道响应在变换域中进行去噪处理。对变换域插值算法进行加窗防止频谱泄露,并将线性插值和DFT插值结合进行二维信道估计,仿真结果显示这几种改进的信道估计方法具有较好的性能。在仿真中就不同的导频开销、信道条件及各种调制方式对OFDM系统性能的影响进行了全面的仿真分析和比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多载波调制技术
• 1.3 OFDM的演进和应用
• 1.4 OFDM技术的优缺点
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 OFDM的基本原理
• 2.1 OFDM基本原理
• 2.1.1 子载波调制
• 2.1.2 OFDM的IDFT/DFT实现
• 2.2 OFDM的保护间隔和循环前缀
• 2.3 OFDM参数的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线信道的传播特性
• 3.1 衰落效应
• 3.1.1 路径损耗
• 3.1.2 阴影衰落
• 3.1.3 小尺度衰落
• 3.2 多径效应
• 3.2.1 时延扩展
• 3.2.2 相干带宽和频率选择性衰落
• 3.3 时变性
• 3.3.1 多普勒效应
• 3.4 多径传播信道的模型
• 3.4.1 瑞利衰落分布
• 3.4.2 莱斯衰落分布
• 3.5 本章小结
• 第四章 OFDM信道估计算法研究
• 4.1 信道估计技术简介
• 4.2 导频方案的选择
• 4.3 导频位置处信道估计算法
• 4.3.1 基于LS的信道估计
• 4.3.2 基于MMSE的信道估计
• 4.4 插值算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于DFT的插值算法及改进
• 5.1 基于DFT的插值算法
• 5.2 变换域插值法
• 5.3 DCT插值算法
• 5.4 各种插值算法性能仿真
• 5.4.1 OFDM系统流程图
• 5.4.2 本文仿真的信道模型
• 5.5 算法改进
• 5.5.1 变换域滤波
• 5.5.2 变换域加窗算法
• 5.5.3 线性插值与DFT插值的结合
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参与科研情况说明
• 致谢