ofdm通信系统中信道估计研究毕业论文(编辑修改稿)

ofdm通信系统中信道估计研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

给出了仿真结果结果。 全面阐释了信道估计在 OFDM 系统中的重要作用。 本文的组织结构如下： 第二章 介绍了 OFDM 系统，给出了 OFDM 的调制解调原理、保护间隔、循环前缀、参数选择、过采样以及其优缺点，为后续章节提供了理论基础 第三章 则是针对 OFDM 系统的信道估计，首先给出了基于训练序列的信道估计算法的基本原理，进而针对 MATLAB 平台实现了该算法的程序设计，给出了程序中的一系列恒定以及自定义参数、函数等，为第 四章性能分析奠定基础。 OFDM 通信系统中信道估计研究 6 第四章在第三章的基础上，利用程序对算法性能进行分析，通过设置不同参数来分析何种参数以及它们的变化对系统性能的影响，最后还与未进行信道估计的系统做了比对，体现了基于训练序列的 OFDM 信道估计算法的优越性。 OFDM 通信系统中信道估计研究 7 第 2 章 OFDM 通信系统概述 OFDM 是一种特殊的多载波调制方案，它既是一种调制技术，也是一种复用技术。 其基本思想是在频域内将给定信道划分成 N 个相互正交的子信道，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，将高速数据流分散到这 些相互正交的子载波上进行传输。 OFDM 系统各个子载波之间相互正交，极大地提高了系统的频谱利用率，并且使得信号调制、解调可以通过快速傅里叶变换（ FFT）及快速逆傅里叶变换（ IFFT）实现，从而系统实现的复杂度可以得到简化，这是 OFDM 系统的一个重要优点。 子数据流的速率是原数据流的 1/ N ，即符号周期扩大为原来的 N 倍，这样就大大提高了系统抗码间干扰（ Inter symbol Interference， ISI）的能力。 保护间隔的引入进一步提高了系统 ISI 性能 [19]。 OFDM 原理介绍 OFDM 系统的框图如图 所示。 系统首先由输入的二进制数据经过串并转换变成 N 路并行比特流，各支路上的信息比特数可以根据信道的频谱特性进行优化，随后根据各支路的调制方式进行映射得到信号空间中的复数坐标，在经过逆快速傅里叶变换（ IFFT）、加入循环前缀（ CP）以及并串转换送入信道进行传送。 接收端为输出端的逆过程，即首先经过串并转换，然后去除循环前缀、进行快速傅里叶变换以及星座逆映射得到每个之路的接收信号，然后经过并串转换得到串行的接收比特流。 OFDM 系统的调制和解调 OFDM 系统的调制 1. OFDM 调制原理框图 OFDM 调制的原路框图如图 所示。 2. OFDM 调制符号 每个 OFDM 符号是多个经过调制的子载波信号的和，其中每个子载波的调制方式可以选择常见的 PSK、 QAM 等常见数字调制。 如果 N 表示子信道的个数， T 表示 OFDM 符号的宽度， di(i=0,1, ..., N1)为每个子信道的上数字调制后的数据符号， fc 是载波频率，选择各子载波载频的频率间隔为 1/T 的整数倍，则从 t=ts 开始的 OFDM 符号可以表示成： OFDM 通信系统中信道估计研究 8 串并转换映射IFFT加CP并串转换............串并转换去CPFFT解映射并串转换............信 道二 进 制 数 据二 进 制 数 据噪 声 与 干 扰图 OFDM 系统框图 s / p +d0d1dN 1e x p ( jπ ( N 2 ) t / T )e x p ( jπ ( N 2 ) t / T ) P S K / Q A MO F D M 基 带 信 号e x p ( jπ N t / T ) 图 系统的调制  / 2 1 /2/2 0 . 5( ) R e { e x p [ j 2 ] } ,N i N c s s siN is t d f t t t t t TT        （ 21） 那么    / 2 1 /2/2 0 . 5( ) R e { e x p [ j 2 ] e x p [ j 2 } ,N i N s c s s siN iis t d t t f t t t t t TTT           （ 22） 考虑上式前一部分的对称性， OFDM 的等效基带信号可以表示成：  / 2 1/2/2( ) e x p [ j 2 ] ,Ni N s s siN is t d t t t t t TT     （ 23） 3. OFDM 信号谱 由于 OFDM 的符号长度为 T，那么（ 23）式相当于在信号上增加了一个 OFDM 通信系统中信道估计研究 9 门函数，我们可将（ 23）式改写为：  / 2 1/2/2( ) g ( / 2 ) e x p [ j 2 ]Ni N T s siN is t d t t T t tT    （ 24） 为了便于分析，取 t =T/2，那么 OFDM 信号对应的谱为： / 2 1/2/2 2( ) S a ( )2NiNiN TiS d T T     （ 25） 上式中 Sa 函数的 带宽为 2/T，那么各载波的主瓣带宽也为 2/T，各相邻子载波的载频间隔为 1/T，这样就满足了各载波的正交性和 50%的交叠 [20]。 如果 OFDM 载波的数量为偶数个，那么载波不按照中频对称，低频的比高频的要多一个载波。 一般的将搬上中频的那个载波叫做直流分量。 直流分量上的调制信号为 dN/2。 如图。 图 OFDM信号频谱 4. OFDM 调制信号的 IDFT 实现 当对（ 21）式按周期 T/N 进行采样，可得到 OFDM 调制信号的离散表示：   / 2 1/2/21010( ) s /e xp j 2 /2e xp ( j ) e xp ( j )2e xp ( j ) , 0 1NiNiNNnnNiis k k T Nd ik NkndkNkid k NN    （ 26） 容易看出， s(k)即为 di 的 IDFT 乘以 N，那么原始输入 N 个载波调制数据序 OFDM 通信系统中信道估计研究 10 列的 IFFT 后的序列就是 OFDM 调制信号的 N 点时域采样序列。 OFDM 系统的解调 1. OFDM 解调原理框图 OFDM 解调原理框图如图 所示。 e x p ( jπ N t / T )e x p ( jπ ( N 2 ) t / T )e x p ( jπ ( N 2 ) t / T )▪ ▪ ▪积 分积 分积 分P / S0d1d 1Nd接 收 基 带 信 号解 调 输 出图 OFDM 系统的解调 2. OFDM 系统的解调 OFDM 接收端第 k 路子载波信号的解调过程 为：将接收的信号与第 k 路的解调载波相乘，然后在 OFDM 符号的车须时间 T 内进行积分，即可获得相应载波上的发送信号，数学表达如下： / 2 1/2/2/ 2 1/2/2101 / 2e x p [ j 2 ( ) ] e x p [ j 2 ( ) ] d1 / 2e x p [ j 2 ( ) ] d1e x p [ j 2 ( ) ] dssssssNtTk s i N stiNN tTi N stiNN tTnstnk N id t t d t t tT T Ti k Nd t t tTTnkd t t tTT         （ 27） 只有在 n=k 时，积分才不为零，那么上式等于 dk。 3. OFDM 解调的 DFT 实现 将（ 27）式也按照周期 T/N 采样，同时也令 ts=0，再令接收的基带型号为s(t)。 OFDM 通信系统中信道估计研究 11 010101 / 2e x p [ j 2 t) ] ( ) d1 / 2e x p [ j 2 ] ( )1 j 2( ) e x p [ ]TkNiNikNd s t tTTk N iT Ti TsT T N N NkisiNN       （ 28） 容易发现接收基带采样序列的 DFT 除以 N 即为这个 OFDM 符号周期内相应载波上的解调序列，和之前的公式作比较，我们在发射端就除以 N，这样发射和解调就相当于对序列做 IDFT 和 DFT。 IFFT 和 FFT 我们知道一种常用的离散傅立叶变换的快速算法 FFT，这样我们就可以通过对 N 个载波上的输入序列做 N 点 IFFT 产生一个 OFDM信号一个符号周期内的 N 个采样值。 将接收到 N 个的按周期 T/N 采样的接收基带信号进行 N 点 FFT，即可得到相应一个 OFDM 符号内的 N 个载波上的输入序列。 OFDM 系统 的保护间隔和循环前缀 保护间隔 OFDM 系统之所以可以有效地对抗多径时延扩展是因为其将输入的数据流并行分配到 N 个并行的子信道上，使得每个 OFDM 的符号周期可以扩大为原来的的 N 倍，从而使时延扩展与符号周期的比值降低 N 倍。 因此为了最大限度地消除符号间的干扰（ ISI），需要在每个 OFDM 符号间插入保护间隔（ GI），该保护间隔的长度 Tg 一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下个符号造成干扰。 但是如果在这段保护间隔内没有插入任何信号（空闲的传输时段），就会产生信道间的干扰（ ICI），即子载波之间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰，如图 所示。 OFDM 通信系统中信道估计研究 12 图 空闲保护间隔在多径情况下的影响 从图中可以看出，由于在 FFT 运算时间长度内第 1 个子载波与带有延时的第 2 个子载波之间的周期个数差不是整数，所以当接收机对第 1 子载波进行解调时，第 2 子载波会对解调进行干扰，同样，反过来进行也会存在干扰。 因此我们必须去寻求办法去解决这中信道间的干扰。 循环前缀 为了消除由于多径传播造成的信道间的干扰（ ICI），我们可以将原来宽度为 T 的 OFDM 符号进行周期，用扩展的信号来填充保护间隔（ GI），如图 所示，循环前缀中的信号与 OFDM 符号尾部宽度为 Tg 的部分相同。 在正常操作过程中， OFDM 符号在送入信道之前首先要。