发布时间 : 星期五 文章基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法研究更新完毕开始阅读3bffdce0524de518964b7d2d
基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法研究
训练序列的OFDM系统信道估计算法是介于盲和非盲估计的一种刚刚提出来的算法。
本文主要对基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法进行研究。
1.2.2基于叠加训练序列OFDM的信道估计算法介绍
下一代通用移动通信系统的另一个典型特征是，分组业务量占总业务的绝大 多数：如，IST(Information Society Technologies)预计，到2010，无线通信系统中的分组业务将占总业务的92％以上。分组传输时，空中接口中的分组数据有时只有几个OFDM符号，甚至只有一个OFDM符号[16]。
例如，当分组数据只有一个OFDM符号时，为了完成时间、频率同步，若按文献[16-19]等，加两个训练OFDM符号，则这时空中接口承载的有效承载数据时间(用户数据)与总时间之比不大于三分之一。若按文献[17-19]等，加一个训练OFDM符号，则这时空中接1：3承载的有效数据时间(用户数据)与总时间之比不大于二分之一。显然，上述两种训练序列安排方法的空中接口效率很低。
现有的OFDM信道估计方法中，导引符号一般都是在时间、频率或扩频码三个维度上与数据符号相互正交，这样的导引方案使得数据符号尽可能的不对信道估计产生干扰。但另一方面，这种导引排列方案降低了数据的传输速率，并且实现帧同步还需要额外的系统开销[20，21]。
1999年，Tufvesson等提出了一种叠加伪噪声序列(Pseudo Noise，PN)的时间频率同步方法，如图1所示。根据扩频的工作原理，在对PN序列作相关处理时，可抑制一部分数据对PN序列的干扰，同时利用相关的结果作时间、频率同步。这种方法提高了空中接口承载低速率分组业务的效率：只用一个OFDM符号，既可以完成时间频率同步，又完成数据业务的传输。
PN数据数据数据OFDMPN序列1???c?k? 图1.1扩频导引方法的OFDM系统中PN序列的叠加方式
9
基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法研究
在文献[22]中，采用PN序列作为训练序列，并利用Viterbi算法，进行OFDM的信道估计，但该训练序列对OFDM数据检测产生影响。
在文献[23]中，对OFDM的输入数据乘以一序列之后，再叠加另一正交序列，利用两序列的正交性进行信道估计，但这种方法只适用于频率非选择性信道。
在文献[24]中，在叠加练序列OFDM中提出了新的信道估计和帧同步算法，但是没有考虑承载数据与训练序列之间的相互干扰，另外由于涉及高阶矩计算，算法复杂度较高。
在文献[25]中，在峰值功率限制条件下，通过分析叠加训练序列OFDM的PAPR，证明频谱效率和数据速率的提高并未明显损失叠加训练序列OFDM系统的误比特率(Bit Error Rate．BER)性能。这也为未来叠加训练序列OFDM的广泛应用提供了理论基础。
在文献[26]中，在跳频OFDM (Frequency Hopping OFDM，FH-OFDM)中引入叠加训练序列，采用与文献[16]相似的时间频率同步方法，并在数据检测前抵消了训练序列对OFDM数据符号的干扰，得到了逼近于一般OFDM系统的性能。但其信道估计是利用插入的梳状导引，没有充分利用叠加的训练序列可能承载的信道信息，占用了一定的频谱资源。
由于训练序列对导频的干扰，传统的基于导频的信道估计方法无法直接应用于叠加训练序列的OFDM系统中[27]。文献[27-30]提出了基于训练序列一阶统计特性的OFDM信道估计方法，解决了叠加训练序列的OFDM信道估计问题。
本文主要对基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法进行研究。
1.3主要研究内容与论文结构
本文首先介绍OFDM系统原理与实现方法。其中涉及OFDM基本原理、
OFDM系统模型、OFDM关键技术OFDM技术特点以及OFDM系统的信道估计算法。在对OFDM系统的信道估计算法研究中的重点是对基于叠加训练序列的OFDM系统信道算法进行了细致的研究。并对研究的算法进行了详细的理论论述以及仿真结果分析。
本文的结构如下：
第一章：绪论：主要介绍本课题的研究的背景、研究的意义以及国内外研究
10
基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法研究
的现状，并对整个文章的结构作了简要的描述。
第二章：理论知识：简单介绍OFDM系统的基本原理、OFDM通信系统的基本模型以及OFDM系统的主要特点、优点以及缺点。主要介绍OFDM系统信道估计的基本方法，包括基于导频的信道估计方法和盲信道估计方法。并分析了这些方法的特点。重点是分析了本论文采用的基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法，并对本文研究的方法进行了详细的理论论述以及分析。
第三章：实验仿真：给出了基于叠加训练序列的OFDM系统算法的仿真以及结果分析。
第四章：对整篇论文的内容进行总结。
11
基于叠加训练序列的OFDM系统信道估计算法研究
2. OFDM的基本原理及其信道估计算法
2.1 OFDM的基本原理
正交频分复用(OFDM)系统具有频谱效率高、抗频率选择性衰落能力、抗干扰能力强和系统容量高等优点，是一项非常有应用前景的技术，很有可能在下一代移动通信系统中成为关键技术之一，是当前通信领域的研究热点之一。
本小节主要介绍OFDM技术相关的理论基础。首先介绍正交频分复用(OFDM)的发展，然后详细介绍了OFDM技术的原理，最后就其优缺点进行了总结和归纳。
2.1.1 OFDM的发展及现状
OFDM技术的提出已经有40多年的历史。早在60年代中期，R．W Chang就提出了一种可以完全消除ICI和ISI的正交信号多载波传输方案，其基本思想是利用并行数据和相互交迭的频分复用子信道进行传输以提高频谱利用率，抵抗脉冲噪声、多径衰落，和避免在接收端使用高速均衡器
[31]
。这种方案可以看成是
OFDM的雏形，最早被应用于军用的无线高频通信链路中。
1971年，S．B．Weinstein等人将IDFT和DFT应用到OFDM系统的调制和解调中[32]，用一个模拟前端来代替传统多载波系统中各子载波分别需要的多个模拟前端，大大减小了系统复杂度，才使得全数字化的OFDM实现成为可能。伴随着VLSI技术的发展，OFDM技术于80年代初期迎来了它的第一个发展高峰[33]。
近十年来，大规模集成电路技术高速发展，高速大点数FFT芯片的视线已经不难，从而促进了OFDM理论的广泛应用。
目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音频广(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。
12