导频的OFDM信道估计.docx

目录摘要 - 2 -第 1 章 绪论 - 3 -OFDM 技术发展历史 - 3 -OFDM 技术的优点 - 3 -OFDM 技术的缺点 - 4 -第 2 章 无线信道 - 6 -无线信道的衰落特性 - 6 -多普勒效应 - 7 -无线信道的模型 - 8 -高斯(Gaussia n)信道模型 -8 -瑞利(Rayleigh)信道模型 -8 -莱斯( R i c i a n )信道模型 - 8 -第 3 章 OFDM 系统的基本原理 - 9 -OFDM 系统的基本原理 - 9 -OFDM 系统基本模型 - 10 -第 4 章 基于导频的 OFDM 信道估计方法 - 12 -OFDM 系统的信道估计模型 - 12 -导频结构 -. 14 -基于块状导频的信道估计 - 15 -LS 算法 - 15 -MMSE 算法 -. 17 -仿真结果及分析 - 18 -参考文献 - 19 -附录 - 20 -基于导频的 OFDM 信道估计摘要正交频分复用技术(OFDM)是一种无线环境下的高速多载波传输技术，具有很高的频谱 利用率和良好的抗多径干扰能力，是第四代移动通信系统的核心技术为了能够在接收端 正确地解调出发射端信息，需要从接收数据中将信道信息准确的估计出来，因此信道估计 技术成为了 OFDM 系统的研究热点之一。

本论文首先系统的介绍了 OFDM 技术和无线信道的相关内容，给出 OFDM 系统的基本 模型，然后阐述了信道估计的基本方法，即数据辅助信道估计算法和盲信道估计算法本 文重点研究了基于导频的OFDM信道估计算法，并通过MATLAB实现了基于导频的信道估 计算法的仿真通过仿真分析可知信道估计可以降低系统的误码率 关键词：正交频分复用，信道估计， LS 算法第1 章 绪论OFDM 技术发展历史正交频分复用技术是一种把高速率串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波 传输技术，多载波传输将数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有更低 的比特速率［1］用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了 多个低速率符号并行发送的传输系统 OFDM 技术是多载波传输方案的实现方式之一， OFDM技术用快速傅立叶逆变换(IFFT)和快速傅立叶变换(FFT)来分别实现调制和解调，是实 现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案，受到人们越来越多的关注正交频分复用的思想可追溯到20 世纪50 年代，在1966 年的一篇关于将带限正交信 号综合用于多信道传输的文章中第一次提出了性带限信道中实现无信道间干扰 (In ter-Cha nn el I nterfere nee，ICI )和无符号间干扰(In ter-Symbol I nte- fere nee，ISI)的多信道传 输模型。

但由于并行传输系统需要基带成形滤波器阵列，正弦波载波发生器阵列及相干解 调阵列，采用传统的模拟方法实现是相当复杂昂贵的，因而早期并没有得到实际应用1971 年，Weinstein 和 Ebert 发现了通过离散傅立叶逆变换(Inv- erse Discrete Fourier Transform， IDFT)和离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)快速实现OFDM的调制和解调方法, 为后来OFDM广泛应用于通信领域开辟了道路运用DFT实现的OFDM系统的发送端不需 要多套正弦发生器，而接收端也不需要用多个带通滤波器来检测各路子载波但由于当时 的数字信号处理技术的限制， OFDM 技术并没有得到广泛应用80 年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了 较为深入的研究，分析了 OFDM 技术在移动通信应用中存在的问题和解决方法，从此以后， OFDM在无线移动通信领域的应用中得到了迅猛的发展近年来，由于数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)技术和大规模集成电路技术的飞速发展，大大推动了 OFDM技术在 无线通信环境中的实用化，使OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。

OFDM 技术的优点OFDM 技术之所以越来越受关注，是因为 OFDM 有很多独特的优点：1. 把高速数据流通过串并变换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从 而有效减少由于无线信道的时间弥散所带来的isi,减少了接收机内均衡的复杂度，有时甚 至可以不采用均衡器，而仅仅通过采用插入循环前缀的方法消除 ISI 的不利影响［2］系统各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，可以最大限度地利 用频谱资源当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz系统可以使用基带 iFFT/FFT 处理来实现，不需要使用多个发送和接收滤波器组，设 备复杂度大为下降随着 VLsi 技术的发展， OFDM 系统的载波数可以做到很大4.无线数据业务一般存在非对称性，这就要求物理层支持非对称高速率数据传输， OFDM 系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率易于和其他多种接入方法结合使用，构成 OFDMA 系统，其中包括多载波码分多址 MC-CDMA、跳频OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多个用户可以利用OFDM技术进行 信息的传输OFDM 技术的缺点虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存 在着一些劣势［3］：1. 对相位噪声和载波频偏十分敏感这是OFDM技术一个非常致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要 求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起信道间干扰，同 样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转扩散，从而形成干扰。

而单载波系统就没有这个 问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比，而不会引起互相之间的干扰2. 峰均比过大OFDM 信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制同 传统的恒包络的调制方法相比， OFDM 调制存在一个很高的峰值因子因为 OFDM 信号是 很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的对某些数据，这 些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度而峰均比过大， 将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率同时，在发射端，放 大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在OFDM频段内和相邻频段之间产生干扰3.所需线性范围宽由于OFDM系统峰值平均功率比(PAPR)大，对非线性放大更为敏感，因此OFDM调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高第2 章 无线信道信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而 言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只 一条，但是为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，可以想象两者之间有一个看不见 的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。

信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽 度一样无线信道的衰落特性无线信道是移动通信系统的重要组成部分，它的好坏对整个通信系统会造成直接的影 响［4］因此，有必要对无线信道的各项特性进行全面深入的研究由于在无线通信系统中 信号是以电磁波的形式进行传播的，由于传播环境十分复杂，往往会对信号造成不同程度 的衰落按照信号在传输过程中所受不同环境因素的影响，信号的衰落可以分为以下几种 类型：1.大尺度衰落：它是指当发射机与接收机之间的距离在一米到十米左右的范围内变化 时，接收信号功率的本地平均值将保持不变，当发射机与接收机之间的距离超出这个范围 后，并且信道中面临不同的障碍物和反射平面时，接收信号功率的本地平均值将会出现几 个数量级的变化，即产生大尺度衰落信道的大尺度衰落主要用来描述接收信号平均功率 随接收机与发射机之间距离的变化情况2. 阴影衰落：当电磁波在空间传播受到地形起伏、高大建筑物的阻挡，在这些障碍物 的后面会产生电磁场的阴影，造成场强中值的变化，从而引起衰落，这称为阴影衰落与 多径衰落相比，阴影衰落是一种宏观衰落，是以较大的空间尺度来衡量的，其衰落特性符 合对数正态分布其中接收信号的局部场强中值变化的幅度取决于信号频率和障碍物状 况。

频率较高的信号比低频信号更加容易穿透障碍物而低频信号比较高频率的信号具备 更强的绕射能力3. 小尺度衰落描述非常短的距离（几个波长）或非常短的时间间隔（秒级）内的接收信号强度的快 速波动的传播模型，称为小尺度衰落模型小尺度衰落是由于同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机 的信号相互干涉所引起的，这些波称多径波接收机天线将它们合成为一个幅度和相位都 急剧变化的信号，其变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间以及传播信号的带宽小尺度衰落三个主要效应表现为：(1) 经过短距或短时传播后信号强度的急速变化2) 在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制3) 多径时延扩展造成信号的时间弥散效应影响小尺度衰落的因素包括：(1) 多径传播：信道中反射及反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量的环境，使 反射波到达接收机时在时间、空间上相互区别不同多径成分具有的随机相位和幅度引起 信号强度波动，导致小尺度衰落、信号失真等现象多径传播常延长信号基带部分到达接 收机所用的时间，从而带来码间干扰引起信号模糊2) 移动台的运动速度：基站与移动台间的相对运动会引起随机频率调制。

这是由于多 径分量存在的多普勒频移现象决定多普勒频偏是正频移或负频移取决于移动接收机是朝 向还是背向基站运动3) 环境物体的运动速度：如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时变的多普 勒频移若环境物体的速度大于移动台，那么这种运动将对小尺度衰落起决定作用否则， 可仅考虑移动台运动速度的影响，而忽略环境物体运动速度的影响4) 信号的传输带宽：宽带信号和窄带信号在多径信道中表现出不同的衰落特性如果 信号带宽比 Doppler 带宽大很多，则信号对 Doppler 频移引起的失真将不敏感若传输信 号带宽比信道带宽窄，信号幅度会迅速改变，但信号不会出现失真如果信号带宽窄到可 以与 Doppler 带宽相比拟时，信号对 Doppler 频移引起的失真将较为敏感多普勒效应在移动通信中由于移动设备的移动性导致基站与移动设备之间的信道随时间发生变 化，即无线信道的传输函数随时间不断变化具体的物理表现是单一的频率信号通过多普 勒频移信道后在接收端出现具有一定频带宽度和频率包络的频带信号，称为频率弥散性多普勒效应是指当移动台在运动的过程中进行通信时，接收信号的频率会发生变化的 现象假设一个发光物体在远处以固定的频率发光，因此当发光物体静止时，我们所接收 的光波和光源的光波频率是相同的；当光源开始靠近我们运动时，光源发出的后一个波峰 到达我们的时间要比发出的前一个波峰到达我们的时间要短，这样由信号波长与频率的关 系可知：此时相对于静止的发光物体我们所接收到的信号的频率来说，发光物体在向我们 移动时，我们所接收到的信号的频率增加了。

相反地，当发光物体远离我们运动时，相对 于光源静止时我们所接收到的信号的频率是减小了无线信道的模型高斯(Gaussia n)信道模型高斯信道是一种很常用的信道模型，通常被用于各种调制系统误码性能的理论分析方 面该信道对输入信号的作用就是加性高斯噪声叠加到原始信号上，从而对信号造成干扰 高斯噪声的包络服从正态分布，即：f (t) = 1n(2-1。