基于导频的OFDM系统信道估计算法研究

论文摘要

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）是一种多载波调制技术,它利用相互正交的多个载波传输信息,具有良好的抗多径干扰能力和较高的带宽利用率,被视作第四代移动通信技术的重要组成部分而受到通信界的强烈关注。但是,由于无线信道的传输特性以及OFDM系统本身高带宽的性质,信道估计成为OFDM系统中非常重要的一项技术。本文以基于导频的信道估计展开研究,从无线信道入手,首先给出无线信道的传输特性及数学模型,接着介绍了OFDM系统的基本原理及其实现,给出了OFDM系统的系统模型,并讨论了实现OFDM系统的几个关键问题。在此基础上,介绍了块状和梳状两种导频插入方式,深入分析了最小二乘准贝（Least-square,LS）、最小均方误差准则（Minimum Mean Squared Error,MMSE）及奇异值分解准则（Singular Value Decomposition,SVD）三种信道估计准则,以及线性内插、高斯内插和基于离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）的变换域补零内插算法,并对其中基于DFT的变换域补零内插算法进行了重点阐述和讨论。针对基于DFT的变换域补零内插算法存在的问题,本文提出了基于DFT变换域补零插值的改进算法。与传统变换域算法相比,该改进算法中加入窗函数用以降低频谱泄露、采用动态滤波降低噪声对系统的影响以及利用相位补偿来弥补系统中存在的定时偏差。MATLAB仿真结果证明,改进算法具有比传统算法更高的性能及稳定性。然而,当原始数据序列首尾两端不相连时,直接进行DFT变换就会产生额外的高阶分量,而且在插值过程中这些高阶分量就很可能引起频谱混叠现象。为了能尽可能地减小这些高阶分量,本文提出了基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transform,DCT）的变换域补零插值算法的改进算法,即用DCT变换代替上述改进算法中的DFT变换。DCT具有比DFT更高的能量压缩特性,能够有效减小由高阶分量所引起的信道估计误差。仿真结果表明,基于DCT变换的改进算法在估计准确度以及稳定性方面,都要比基于DFT变换的改进算法好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 移动通信系统发展概述
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 OFDM技术的发展
• 1.2.2 OFDM技术的优缺点
• 1.2.3 信道估计的研究意义
• 1.3 OFDM系统中信道估计的研究现状
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 无线信道传输模型
• 2.1 无线衰落信道的传播特性
• 2.1.1 无线信道的大尺度衰落
• 2.1.2 无线信道的阴影衰落
• 2.1.3 无线信道的多径衰落
• 2.1.4 无线信道的时变性及多普勒频移
• 2.2 各种信道模型的分析
• 2.2.1 加性高斯信道
• 2.2.2 多径瑞利信道
• 2.2.3 多普勒扩展信道
• 2.2.4 多径衰落信道理论建模
• 2.2.5 本文仿真所用信道模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 OFDM的原理和关键技术
• 3.1 OFDM的基本原理
• 3.1.1 OFDM系统基本模型
• 3.1.2 OFDM系统的DFT实现
• 3.1.3 OFDM系统的保护间隔和循环前缀
• 3.1.4 OFDM系统基本参数的选择
• 3.2 OFDM系统的关键技术
• 3.2.1 同步技术
• 3.2.2 降低峰均功率比
• 3.2.3 信道估计
• 3.2.4 信道编码与交织
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于导频的信道估计算法研究与分析
• 4.1 OFDM系统信道估计的导频结构
• 4.1.1 块状导频分布
• 4.1.2 梳状导频方式
• 4.2 基于导频子载波信道估计算法
• 4.2.1 LS信道估计算法
• 4.2.2 MMSE信道估计算法
• 4.2.3 SVD信道估计算法
• 4.3 基于数据子载波信道内插算法
• 4.3.1 线性内插
• 4.3.2 高斯内插
• 4.3.3 基于DFT的变换域补零内插
• 4.4 性能仿真与分析
• 4.4.1 块状导频和梳状导频的仿真及分析
• 4.4.2 信道估计准则的仿真及分析
• 4.4.3 信道插值算法仿真及分析
• 4.4.4 不同循环前缀的仿真与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 变换域改进插值算法的设计与性能仿真
• 5.1 改进算法总体设计思路
• 5.1.1 变换域插值算法的滤波处理
• 5.1.2 导频位置信道响应的相位补偿
• 5.2 基于DFT变换域改进算法
• 5.3 基于DCT变换域改进算法
• 5.3.1 DCT变换的原理
• 5.3.2 DCT/EIDCT模型
• 5.3.3 基于DCT滤波的改进算法
• 5.4 性能仿真与分析
• 5.4.1 两种信道模型下的仿真分析
• 5.4.2 非整数倍采样间隔信道延迟下的仿真分析
• 5.4.3 不同多普勒频移下的仿真分析
• 5.4.4 不同调制方式下改进的DCT算法仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文