发布时间 : 星期日 文章两种OFDM系统信道估计算法的比较研究及MATLAB仿真-毕业论文更新完毕开始阅读49a2c2d97cd184254a353589
齐鲁工业大学 2014 届本科毕业设计（论文）
?2(t)??且二维矢量 sm2g(t)cos(2?fct) （2-10） Eg?[sm1,sm2] 为如式（2-11）：
Eg2,AmsEg2] （2-11）
sm?[Amc式中，Eg是信号脉冲g(t) 的能量。
矩形QAM信号星座具有容易产生的读条完优点，即通过在两个相位正交载波上施加两个PAM信号来产生。此外，它们也容易解调。虽然对于 M?16 来说，星座并不是最好的M元QAM信号星座，但是该星座所需要的平均发送功率仅稍大于最好的M元QAM信号星座所需的平均功率。由于这些原因，矩形M元QAM信号实际中应用的最多。
2.2.2 QAM信号解调
与PSK信号类似，从AWGN信道中，在一个信号区间内接收到的QAM带通信号可以表示为如式（2-12）：
2?(fct)?ns(t)sin2(?fct) (2-12） r(t)?sm(t)?n(t)?sm(t)?nc(t)cos式中, nc(t) 和 ns(t) 是加性噪声的两个正交分量。
可以将接收到的信号与式(2.2.2)给出的?1(t)和?2(t)做相关，两个相关器的输出产生受噪声污损的信号分量，它们可以表示为如式（2-13）：
r?sm?n?(Amc?nc,Ams?ns) （2-13）
12式中，nc(t)和 ns(t) 定义如式（2-14）： nc? ns??T0g(t)nc(t)dt （2-14）
12?T0g(t)ns(t)dt （2-15）
N0。QAM的2nc(t)和 ns(t) 是零均值且互不相关的高斯随机过程，它们的方差为
AWGN信道的最佳检测器计算距离测度，即如式（2-16）
2 D(r,sm)?|r?sm|,m?1,2,...,M （2-16）
并从信号集 {sm}中选取测度最小的信号.
在矩形的信号星座图[11]中，M?2k，其中k是偶数，这个QAM信号等效于在正交载波上的两个PAM信号，其中每个都有M?22个信号点。由于相位正交的信号分量用相干检测可以完全分开，所以QAM的差错概率很容易由PAM的差错概率确定。对于 电平的QAM系统，一个正确判决的概率如式（2-17）：
k 10
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P1?Pc?(M )2 （2-17）
式中， PM是在这个等效QAM系统的每个正交信号中具有一般平均功率的M电平PAM系统的差错概率，即式（2-18）所示： PM?2(1?3Es1)Q() （2-18）
(M?1)N0M式中，Es/N0是每个符号的平均SNR。因此，对M电平QAM系统，一个符号差错概率如式（2-19）：
1?P PM?1?(下式为上界，即式（2-21）所示： PM?4Q(M)2 （2-19）
这个结果对 M?2k ，其中k是偶数时准确的，当k为奇数时，符号差错概率以
3Es ) （2-20）
(M?1)N02.3 信道 2.3.1信道的概述
信道是通信系统中不可缺少的部分之一。信道是将来自发送端的信号传送到接收端的物理媒质，可以分为有线信道和无线信道。信道的质量影响着信号的接收和解调，这种影响表现在两个方面：一方面信号在实际信道中传输时由于信道特性不理想会引起信号波形的失真；另一方面信道中存在各种噪声会干扰信号的的传输。信道通常可以分为加性高斯白噪声信道、多经Rayleigh衰落信道和Rician衰落信道等。在本文中所选用的信道就是多径Rayleigh衰落信道。
2.3.2 Rayleigh衰落信道
瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包括服从瑞利分布。
瑞利衰落属于小尺寸的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。
信道衰落的快慢与发展端和接收端的相对运动速度的大小有关，相对运动对导致接受信号的多普勒频移，一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后，在1秒内的能量波动，这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的载波频率上，其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60千米每小时。特别需要注意的事信号“深衰落”现象，此时信号能量的衰减达到数千倍，即30到40分贝。 瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的实验证明，当地的无线信道环境确实接近于瑞利
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衰落。通过电离层和对流层的无线信道也可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能将无线信号大量散射。
假设经反射（或散射）到达接收天线的信号为N个幅值和相位均随机的且统计独立的信号之和。信号振幅为r,相位为?,则其包络概率密度函数为式（2-21）：
P(r)?r22?2r?2e?(r?0) （2-21）
相位概率密度函数为式（2-22）：
P(?)?12?(0???2?) （2-22）
第三章 OFDM系统信道及噪声仿真与分析
3.1 信道估计 3.1.1 信道估计的概述
所谓信道估计[12]，就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。如果信道是线性的话，那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。需强调的是信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示，而“好”的信道估计则是使得某种估计误差最小化的估计算法。
信道估计算法从输入数据的类型来分，可以划分为时域和频域两大类方法。频域方法主要针对多载波系统；时域方法适用于所有单载波和多载波系统，其借助于参考信号或发送数据的统计特性，估计衰落信道中各多径分量的衰落系数。从信道估计算法先验信息的角度，则可分为以下三类：
（1） 基于参考信号的估计。该类算法按一定估计准则确定待估参数，或者按某些准则进行逐步跟踪和调整待估参数的估计值。其特点是需要借助参考信号，即导频或训练序列。本文将基于训练序列和导频序列的估计统称为基于参考信号的估计算法基于训练序列的信道估计算法适用于突发传输方式的系统。通过发送已知的训练序列，在接收端进行初始的信道估计，当发送有用的信息数据时，利用初始的信道估计结进行一个判决更新，完成实时的信道估计。基于导频符号的信道估计适用于连续传输的系统。通过在发送的有用数据中插入已知的导频符号，可以得到导频位置的信道估计结果；接着利用导频位置的信道估计结果，通过内插得到有用数据位置的信道估计结果，完成信道估计。
（2） 盲估计。利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征， 或是采用判决反馈的方法来进行信道估计的方法。
（3） 半盲估计。结合盲估计与基于训练序列估计这两种方法优点的一种信道估计方法。
一般来讲，通过设计训练序列或在数据中周期性地插入导频符号来进行估计的方
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法比较常用。而盲估计和半盲信道估计算法无需或者需要较短的训练序列，频谱效率高，因此获得了广泛的研究。但是一般盲估计和半盲估计方法的计算复杂度较高，且可能出现相位模糊（基于子空间的方法）、误差传播（如判决反馈类方法）、收敛慢或陷入局部极小等问题，需要较长的观察数据，这在一定程度上限制了它们的实用性。
OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择，因为无线信道的时变特性，需要接收机不断对信道进行跟踪，所以导频信息必须不断的传送；二是既有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器设计，在确定导频发送方式和信道估计准则条件下，寻找最佳的信道估计器结构。
信道估计从大的角度可以分为非盲估计和盲估计以及在此基础上产生的半盲估计。非盲估计是指在估计阶段首先利用导频来获得导频位置的信道信息，然后为获得整个数据传输阶段的信道信息做好准备，它的一个好处是应用广泛，几乎可以用于所有的无线通信系统。同时，它的缺点也显而易见，导频信息占用了信息比特，降低了信道传输的有效性，也浪费了带宽。盲估计是指不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获得信道的估计值，这与传统的非盲信道估计技术相比，盲信道估计技术使系统的传输效率大大提高，但是由于盲信道估计算法运算量较大，收敛速度较慢，灵活性比较差，阻碍了它在实际系统中的应用。因此出现了半盲信道估计，它在数据传输效率和收敛速度之间做一个折中，采用较少的训练序列来获得信道的信息。基于OFDM的新一代无线通信系统中，由于传输速率较高，需要使用相干检测技术获得较高的性能，因此通常使用非盲估计获得较好的估计效果，这样可以更好的跟踪无线信道的变化，提高接收机性能。本文所研究的信道估计方法也是基于导频的信道估计。
3.1.2 信道估计的导频插入及插入样式
基于导频[13]信道的方法是在系统中设置专用导频信道来发送导频信号。由于OFDM系统具有时频二维结构，所以采用导频符号辅助信道估计更加灵活。所谓的基于导频符号的信道估计是指在发送端的信号中的某些位置插入接收端己知的符号或序列，接收端利用这些信号或序列受传输信道衰落影响的程度，再根据某些算法来估计信道的衰落性能，当然也可以用MMSE和LS算法，这一技术叫作导频信号辅助(PSAM)。在各种衰落估计技术，PSAM是一种有效的技术，在单载波系统中，导频符号或序列只能在时间方向上插入，在接收端提取导频信号估计信道的冲击响应。但是在多载波系统中，导频信号可以在时间和频率两个方向上插入，在接收端可提取导频信号估计信道的传递函数。只要导频信号在时间和频率方向上间隔对于信道带宽足够少，就可以采用二维内插滤波的方法来估计传递函数，当然也可以采用分离的一维估计。
OFDM系统中常用的导频信号分布方法有导频信号块状分布、梳状分布和星状分布三种。而在本文中我们所插入的导频信号分布方法就是导频信号块状分布。
块状导频分布：在导频块状分布的OFDM系统中，其导频分布的原理是将连续多个OFDM符号分成组，将每组中的第一个OFDM符号发送导频数据，其余的OFDM符号传输数
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