论文总字数：16033字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题的目的及意义 1

1.2 信道估计算法研究现状 1

1.3 本文研究内容及章节安排 2

第二章 OFDM系统信道估计技术 3

2.1 OFDM系统简介 3

2.2 OFDM系统的信道估计技术 3

2.2.1 基于训练序列的信道估计算法 3

2.2.2 盲信道和半盲信道估计算法 3

2.2.3 基于导频符号的信道估计 3

2.3 四种基于导频信号的信道估计算法 4

2.3.1 基于LS准则的信道估计算法 4

2.3.2 基于DFT的信道估计算法 5

2.3.3 基于MMSE准则的信道估计 5

2.3.4 基于LMMSE准则的信道估计 5

第三章 信道估计算法的仿真研究 6

3.1 仿真系统及其条件介绍 6

3.2 两种信道估计方法的比较 7

3.2.1 基于参考信号的信道估计算法 7

3.2.2 信噪比与误码率间的关系 8

3.3 基于导频符号的信道估计仿真 8

3.3.1 不同调制方式下的信道估计仿真 8

3.3.2 块状和梳状的导频插入方式的比较 9

3.3.3 LS与MMSE信道估计算法 11

3.3.4 几种信道估计算法的比较 12

3.3.5 几种MMSE的改进算法的比较 13

3.4 信道估计算法的参数分析 14

3.4.1 基于LS算法的参数分析 14

3.4.2 降秩的LMMSE算法的参数分析 16

3.5 本章小结 18

第四章 基于DFT的信道估计算法的改进 19

4.1 基于DFT的信道估计算法 19

4.2 基于DFT的信道估计算法的改进 19

4.3 传输符号数对算法影响 20

4.4 不足 21

第五章 结语 22

参考文献 23

致谢 24

基于块状导频的OFDM系统信道估计的仿真研究

孙成楠

,China

Abstract：First, this paper studies the channel estimation algorithm based on block-type pilot, the channel estimation algorithm and its classic improved algorithm which are simulated on the basis of block-type pilot in the OFDM system. In order to improve the performance of the algorithm, an improved algorithm for channel estimation based on DFT is improved in this paper, and the simulation result table is made in this paper. Obviously, when the signal-to-noise ratio is large, the improved algorithm can get better estimation .

Key words：OFDM;Channel estimation ; Block-type pilot

第一章 绪论

1.1 选题的目的及意义

无线通信一直是一项热门的技术，近年来，新老无线通信技术革新加快，信息量的需求越来越大，更大的频带宽度，更好的通信质量被更多人所青睐。由于大众普遍认为第三代系统仅是从窄带向未来宽带移动通信系统的过渡^[1]，所以第四代的移动通信系统受到广泛关注。随着多媒体无线通信的发展，频谱数量的需求增大，而资源有限，矛盾日益尖锐。第四代移动通信系统可以提供更大的频宽，必定是学者们研究的重点方向。

4G无线通信系统需要克服许多技术挑战，其中衰落和多径现象是需要克服的重点问题之一。对此学者们提出的正交频分复用(OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术作为一种解决方案。OFDM系统具有很高的频谱利用率和不错的抗多径干扰能力，采用新技术后使得系统容量增加，更重要的是更好地满足了多媒体通信要求^[2]而对于OFDM系统获取较好的性能在很大程度上取决于基站是否能够估计出准确的信道状态信息(CSI Channel State Information)，所以信道估计技术在无线通信中有着重要的地位^[3]。

OFDM系统可以有效对抗码间串扰，其关键技术之一就是信道估计技术，本课题的目的在于研究信道估计算法，熟悉OFDM系统，在基于OFDM系统的条件下，对于块状导频和梳状导频的两种插入方式进行分析并讨论各自适用条件，并且基于插入块状导频的情况下，对各个信道估计算法进行仿真，包括经典的信道估计算法LS(least square)，MMSE( Minimum Mean Squared Error)算法，根据误码率和均方误差这两个指标判断此信道估计算法的优劣。

1.2 信道估计算法研究现状

如今国内外对信道估计算法的研究比较深入，在基础算法上涌现了许多改进算法，不过大致分为两类，基于导频信号估计算法和盲信道估计算法。

1. 基于导频信号估计算法

基于导频的信道估计算法是利用已知的传输导频信号，根据信道状况选择估计准则来实现信道估计,其中最基础的为LS算法^[4]，MMSE算法^[5]。LS算法无需知道信道先验信息，算法简单但是受噪声影响太大，文献[6]中将估计得到的传输函数通过线性变换减轻噪声对其影响，最新的文献[7]提出加不对称窗函数来减轻噪声对LS算法影响，大大提升了系统性能。而MMSE算法复杂度太高，文献[8]中提到改进算法LMMSE(linear Minimum Mean Squared Error)，低复杂度LMMSE算法和ALMMSE算法,减轻了MMSE算法复杂度，性能也逼近MMSE算法。文献[9]提出了基于DFT滤波的信道估计算法，有效提升了估计算法的性能，最新文献[10]也提出引入加权系数消除信道间串扰的信道估计算法。

1. 盲信道估计算法

盲信道估计是仅利用接受信号本身和发送信号的内在特点进行信道估计，所以其频带利用率很高^[11],盲信道估计的经典算法有子信道分解，最大似然算法和基于循环平稳特性的方法。在1991年IEEE会议上首次提出了利用循环平稳特性研究了二阶统计特性以及在通信系统中的应用^[12]，下一届会议上也首次提出了利用信号循环特性进行盲信道辨识和均衡^[13]，在此之后产生了大量忙信道估计算法，由于OFDM系统性能的优越，基于OFDM系统的大量信道估计算法被提出其中包括双k算法^[14]。

1.3 本文研究内容及章节安排

本论文主要研究基于导频的信道估计算法，本文的具体内容安排如下：

第一章：介绍论文的选题目的，选题意义和信道估计技术的研究现状。

第二章：对OFDM系统和对信道估计算法进行介绍。

第三章：在OFDM系统下，重点研究基于导频信号的信道估计算法，分析两种插入导频方式的优劣，并且分析调制方式不同时信道估计算法性能的优劣，接着，对LS，MMSE这两种估计算法深入研究，对其进行仿真，比较性能优劣，并且针对经典的几种改进算法进行仿真，比较性能优劣，验证是否符合理论。最后，改变信道参数，分析其对信道估计算法性能的影响，如循环前缀长度，多径数目，噪声干扰强度和多普勒频移长短，使用均方误差或者误码率作为指标判断性能好坏。

第四章：简单介绍一种已知的基于DFT的信道估计改进算法，本文对这种已知改进算法中的噪声门限的计算方式提出了改进，通过仿真发现此改进算法在信噪比较大时相较于原改进算法，均方误差较小。

第二章 OFDM系统信道估计技术

本章对OFDM系统和信道估计技术进行简单介绍。

2.1 OFDM系统简介

多载波调制的基本思想就是采用多个载波信号，将要传输的数据流分解成多个比特流，每个子数据具有低得多的传输比特流，并且用这些数据流去并行调制多个载波。OFDM就是在此基础之上，使不同的子载波相互正交，因此它具有更高的频谱利用率，其实质就是把高速率的数据流串并变换为低速率的N路并行数据流，然后用它们分别去调制N路相互正交的子载波，再将调制后的信号相加即得发射信号.由于子数据流的速率是原来的l/N，即符号周期扩大为原来的N倍，远大于信道的最大延时扩展，从而具有很强的抗多径衰落和抗脉冲干扰能力。

2.2 OFDM系统的信道估计技术

信道估计的目的就是估计出信道的时域与频域响应，对接收到的数据进行校正与恢复，为的是确保信号传输正确和系统性能优秀，通常信道估计方法是根据是否使用辅助符号来分类的，可分为基于参考信号的信道估计算法和盲信道估计算法两大类^[15]。

2.2.1 基于训练序列的信道估计算法

基于训练信道的估计方法一般适用于突发传输系统，发送已知的训练序列，随后在接收端进行初始的信道估计，如果此时再发送有用的信息，利用一开始的信道估计结果进行判决更新，就可以完成实时的信道估计。

2.2.2 盲信道和半盲信道估计算法

当发送数据未知，利用发送数据或接收数据之间的相关性完成对信道响应值的估计的叫信道盲估计，而半盲估计主要配合训练序列进行信息处理，此方法不占用频带宽度，但是计算复杂，收敛速度也不具有优势，实时性很差，而且需要大量的数据去完成信道估计，只适合于变化较慢的信道。本文对盲和半盲信道估计技术不作深入探讨。

2.2.3 基于导频符号的信道估计

基于辅助信息的估计方法是在发送端信号的某些固定位置插入一些已知的导频符号或训练序列，在接收端利用这些导频符号按照某些算法进行信道估计。此类估计占用了系统带宽，信道跟踪速度快，容易实现。

目前来说，导频插入方案可以分为两类：离散导频子载波和连续导频子载波.其中连续导频又分为三种情况：块状导频分布，梳状导频分布和格状导频分布^[16]。如图1所示，“O”代表数据符号，“X”代表导频符号。

频 XOOOOXOOOOXOOOOX XXXXXXXXXXXXXXXX

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