【摘要】：OFDM技術(shù)具有抗干擾能力強、頻譜利用率高,可以采用IDFT/DFT變換來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)等優(yōu)點,是一種有效的高速率數(shù)據(jù)流傳輸方式。OFDM技術(shù)由于具有這些獨特的優(yōu)點,它已經(jīng)作為一種標準被廣泛應(yīng)用在戶外無線局域網(wǎng)、歐洲數(shù)字視頻廣播和數(shù)字音頻廣播之中。 OFDM系統(tǒng)的缺點是對頻率偏差非常敏感。在惡劣的無線移動通信傳播環(huán)境下,發(fā)送符號會發(fā)生幅度和相位的畸變,這就限制了數(shù)據(jù)符號的傳輸速度。因此可靠的信道估計是實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一,它是動態(tài)比特分配和信號相干檢測的基礎(chǔ)。若要提高OFDM系統(tǒng)的性能,就必須通過信道估計技術(shù)獲得準確的信道狀態(tài)信息。 OFDM信道估計的方法大致可以分為三類:第一類是導(dǎo)頻輔助(PSAM)的信道估計,它利用在數(shù)據(jù)符號中插入的導(dǎo)頻來估計信道的頻域響應(yīng)(CFR)。該算法雖然易于實現(xiàn),但卻占用了大量的系統(tǒng)頻譜資源,同時也帶來了不可避免的時延;第二類是基于判決反饋(DD)的信道估計,它利用前一幀或者符號得到的信道響應(yīng)估計值來估計當前時刻的信道響應(yīng)。為了提高信道估計的性能,該算法通常也會利用一定的導(dǎo)頻符號;第三類是盲信道估計(BCE),它只利用傳輸符號的統(tǒng)計特征來對信道進行估計。該方法不需要插入導(dǎo)頻符號,節(jié)省了帶寬,但收斂速度慢而且計算也比較復(fù)雜。 本文重點研究的是PSAM信道估計算法及其性能,并在MATLAB上進行了仿真分析。 論文針對不同的導(dǎo)頻插入圖案,首先討論了塊狀導(dǎo)頻、梳狀導(dǎo)頻以及矩形導(dǎo)頻的插入方法;接著詳細分析了LS、LMMSE、基于SVD、DFT和DCT的信道估計算法;然后對常值插值、線性插值、高斯插值、Cubic插值以及DFT插值等算法做了介紹;最后通過計算機仿真,比較和分析了在不同導(dǎo)頻圖案下,應(yīng)用不同信道估計算法和插值方式獲得的信道頻域響應(yīng)。仿真結(jié)果表明:LMMSE算法的估計性能最好,但是其算法的復(fù)雜度也最大,難于實現(xiàn);基于SVD的算法由于采用了矩陣降維使得其計算量大大簡化,性能幾乎和LMMSE一致;LS算法盡管在性能上要稍差,但是計算簡單且易于實現(xiàn);而基于DFT和DCT算法的BER在高信噪比下均出現(xiàn)了“地板效應(yīng)”,使得估計性能下降。 本文針對梳狀導(dǎo)頻下出現(xiàn)“地板效應(yīng)”的基于DFT和DCT的信道估計算法做出改進。 基于IDFT/DFT的信道估計算法,首先采用LMMSE準則得到導(dǎo)頻位置的信道頻域響應(yīng),接著將獲得的CFR作為IDFT變換的輸入,然后將由此得到的信道沖激響應(yīng)在時域做線性變換,最后通過DFT插值計算出全部子載波的CFR。該算法依然存在BER曲線的“地板效應(yīng)”,出現(xiàn)這個問題的原因可能在于采用的插值方式不準確,導(dǎo)致對信道的估計不準。因此做進一步的改進,改用線性插值方法來獲得CFR,即先將導(dǎo)頻位置的信道沖激響應(yīng)(CIR)經(jīng)過DFT操作變換回頻域,接著在頻域做線性插值計算,由此得到的BER曲線完全消除了“地板效應(yīng)”,提高了系統(tǒng)性能。 基于DFT/IDFT的信道估計算法,是將通過LMMSE準則獲得的導(dǎo)頻CFR經(jīng)過DFT操作,并在變換域內(nèi)對所得的數(shù)據(jù)序列進行低通濾波及補零,然后再經(jīng)IDFT插值變換回到頻域。由于該算法采用了LMMSE準則,所以計算量比較大,但是估計性能上卻沒有明顯的提高。這是由變換域內(nèi)選擇的“截止頻率”和頻域內(nèi)乘以的調(diào)節(jié)系數(shù)不合適而導(dǎo)致的。 基于IDCT/DCT的信道估計算法,將由LMMSE準則得到的CFR先乘以增益因子后再進行IDCT操作變換到時域,接著在時域內(nèi)CIR的尾部補零,然后再進行DCT插值。由于進行了不同點數(shù)的IDCT和DCT變換,所以最后在頻域內(nèi)再乘以一個增益因子以補償之前的不匹配。盡管如此,但其估計效果仍然不理想。 基于DCT/IDCT的信道估計算法,將在LMMSE準則下獲得的導(dǎo)頻CFR經(jīng)過傳統(tǒng)的DCT操作后,在變換域內(nèi)其所對應(yīng)的“譜序列”末尾補零,再通過擴展的IDCT(EIDCT)變換回到頻域得到全部子載波的CFR。該算法在進行DCT變換時,導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生移位,因此不能直接采用IDCT變換而應(yīng)采用EIDCT對其進行補償。由此得到的信道估計性能大幅度提高了,降低了系統(tǒng)的BER。 同時本文仿真對比了改進的信道估計算法在不同系統(tǒng)和信道參數(shù)下的性能。仿真結(jié)果表明:采用小幅度小相位的調(diào)制方式、增加導(dǎo)頻數(shù)量、選擇子載波數(shù)目較大的FFT變換、減小多普勒頻移、減少路徑條數(shù)、選擇整數(shù)采樣信道以及選用更準確的內(nèi)插方式,都會提高信道估計的精度,同時提高系統(tǒng)的性能。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN919.3

【引證文獻】

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1 孫瑞璇;基于IEEE802.11a的OFDM系統(tǒng)信道估計算法研究與FPGA實現(xiàn)[D];內(nèi)蒙古科技大學(xué);2012年

2 趙宏宇;基于DFT變換域的LTE上行信道估計算法研究[D];蘭州交通大學(xué);2013年

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本文編號：2396591