（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）無線信道估計(jì)算法仿真研究.pdf

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 無線信道估計(jì)是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，高效而復(fù)雜度低的無線信道估計(jì)算 法可以極大地提高無線通信系統(tǒng)的性能。 本文在介紹無線信道估計(jì)基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)o f d m 和h s u p a 這兩種無線通信系 統(tǒng)的信道估計(jì)問題進(jìn)行了仿真研究。 論文第1 章介紹了無線信道的基本知識(shí)必及信道估計(jì)的重要性，第2 章介紹了無線信 道估計(jì)的基本原理，這兩章是全文的基礎(chǔ)。 論文第3 章對(duì)o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)算法進(jìn)行了仿真研究，在介紹o f d m 系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上，分別對(duì)基于訓(xùn)練序列和基于導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)算法進(jìn)行了仿真研究，對(duì)這兩種信 道估計(jì)的常見算法進(jìn)行了仿真分析，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一種改進(jìn)線性插值 算法。 論文第4 章簡(jiǎn)要地介紹了h s u p a 系統(tǒng)，并仿真了采用w m s a 、簡(jiǎn)單復(fù)制、線性插值 等信道估計(jì)算法的系統(tǒng)性能，然后比較了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 論文最后對(duì)全文進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)。 關(guān)鍵詞：無線信道，j a k e s 模型，正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，信道估計(jì)，導(dǎo)頻，高速上行 分組接入，多時(shí)隙加權(quán)平均 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t c h a n n e le s 血n a t i o ni so n eo fi m p o r t 趾tp a r t si nw i r e l e s sc o 工1 1 n l u 工1 i c a t i o ns y s t e m s s o m e c h 鋤e 1e s t i m a t i o na l g o r i t h m s 而t hl o wc o r n p l e x 毋a 1 1 dh i 曲e 伍c i e n c yc a ni i 工l p r o v et h e s y s t e mp e b r m a n c er e m a r k l b l y 1 1 1t h i s d i s s e n a t i o n ，p 血c i p l e so fw i r e l e s sc h a i l l l e l e s t i 1 a t i o na r ei n t r o d u c e da n d c h 蚍1 e le s t i m a t i o np r o b l e m sf o ro f d ma n dh s u p as y s t e m sa r ei n v e s t i g a t e dt h r 。u 曲 c o m p u t e rs i i n u l 撕o n m a i nc h a r a c t e r so f 謝r e l e s sc h 鋤e l sa n dm ei m p o r t a n c eo fc h a i l i l e le s t i n l a t i o na r e 曲t r o d u c e di i lc h a p t e r1 kc h 印t e r2b a s i cp d n c i p l e so f 誦r e l e s sc h a 工1 n e le s t i i l l a t i o na r e i i l 仃o d u c e d t h et v v oc h a p t e r sa r e 廿1 ef o u l l d a t i o no f 吐l ep a p e l 工nc h 印t e r3a l g o r i t m so fo f d mc h 鋤e le s t i m a t i o na r ei 1 1 v e s t i g a t e d a r e ri n t r o d u c i n g 恤ep r i n c i p l eo fo f d ms y s t e m ，t r 蛐g(shù)s e q u 。n c e - b a s e da n dp i i o t b a s e dc h 鋤e ie s t i m a t i o n m e t h o d sa r es t u d i e dr e s p e c t i v e l y s o m ec l a s s i c “g o r i 血m so ft h et v v om e m o d sa r ea n a l y z e d a 1 1 d 也e i ra d v a l l t a g e sa n dd i s a d v 蛆協(xié)g e sa r ec o m p a r e da 1 1 dam o d i f i e d1 i n e a r i n t e 巾0 1 a t i o n s c h e m ei 8p r o p o s e d i nc h a p t e r4w m s aa 1 1 d1 i n e a r - i n t e r p 0 1 a t i o na l g o r i t h mo fc h a n n e le s t i m a 廿o ni nh s u p a s y s t e ma r ei n v e s t i g a t eb ys i m u l a t i o na 工l dm e i ra d v a n t a g e sa 1 1 dd i s a d va r 】t a g e sa r ec o m p a r e d s a r yo f t h ed i s s e r t a t i o ni sp r e s e n t e di nm ee n d ， k e ，w o r d s ：w i r e l e s sc h a l l l l e l ，j a k e sm o d e l ，o f d ms y s t e m s ，c h a 皿e le s t i m a t i o n ，p i l o t ， h s u p a w m s a 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 1 圖1 2 圖1 3 圖3 1 圖3 2 圖3 3 圖3 4 圖3 5 圖3 6 圖3 7 圖3 一 圖3 一 圖3 一 圖3 一 圖3 一 圖3 一 圖3 1 4 圖3 1 5 圖3 1 6 圖3 1 7 圖3 1 8 圖3 1 9 圖3 2 0 圖3 2 1 圖3 2 2 插圖目錄 小尺度衰落類型 j a k e s 信道仿真模型結(jié)構(gòu)圖 瑞利衰落信號(hào)包絡(luò) 0 f d m 系統(tǒng)基本模型框圖 包含4 個(gè)子載波的o f d m 符號(hào) 0 h ) m 信號(hào)中各子載波的頻譜 兩種導(dǎo)頻插入方案的比較 o f d m 信道估計(jì)模塊圖 時(shí)域抑噪估計(jì)算法基本框圖 口階s v d 信道估計(jì)器的框圖 幾種基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)算法的性能比較 信道估計(jì)框圖 單個(gè)子載波估計(jì)的m s e m l 估計(jì)和m m s e 估計(jì)平均m s e 曲線圖 m l 估計(jì)和m m s e 估計(jì)的性能比較 m s e 性能( ，= 1 5 1 ) 一 m s e 性能( 。= 7 6 ) s e r 性能曲線圖( j = 1 5 1 ) s e r 性能曲線圖( ，= 7 6 ) 一 傳統(tǒng)線性插值估計(jì)與改進(jìn)估計(jì)的性能對(duì)比 信道估計(jì)流程圖 信道估計(jì)均方誤差一 漢寧窗的幅度 加權(quán)函數(shù)g ( f ) 信道估計(jì)均方誤差理論值 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一| | i 一i | | | 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 插圖目錄 一一 圖3 2 3s e r 性能仿真曲線圖4 7 圖3 2 4m s e 性能仿真曲線圖4 5 圖4 1h s u p a 發(fā)送端擴(kuò)頻調(diào)制模塊，j 圖4 2h s 切) a 接收端解擴(kuò)解調(diào)模塊，j 圖4 3d p c c h 時(shí)隙圖一” 圖4 4w m s a 信道估計(jì)器原理圖) b 圖4 5 不同算法在多普勒頻移為2 0 王z 時(shí)的性能比較5 8 圖4 6 不同算法在多普勒頻移為2 8 0 h z 時(shí)的性能比較5 9 圖4 ，7 不同算法在多普勒頹移為3 7 0 h z 時(shí)的性能比較6 0 圖4 8 不同多普勒頻移下加權(quán)多時(shí)隙平均算法的性能比較6 0 圖4 9 不同多普勒頻移下簡(jiǎn)單復(fù)制法的性能比較6 1 圖4 1 0 不同多普勒頻移下線性插值算法的性能比較6 1 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 g p p k 氐毽r b e r c p c s i d c h d f t d p c c h d p d c h e d c h f b i h s d p a h s u p a i c i i d f t i s i k b d s l m m s e l s m a p m i m o m l m m s e m s e o f d m 縮略語 3 “g e n e r a t i o np a m e r p r o j e c t第3 代伙伴合作計(jì)劃 a d d i t i v ew h i t eg a u s sn o i s e 加性高斯白噪聲 b i te r r o rr a t e 誤比特率 c i r c u i a rp r e f i x 循環(huán)前綴 c h 蛐e 1s t a t ei n f o r i n a t i o n 信道狀態(tài)信息 d e d i c a t e dc h 鋤e l 專用信道 d i s c r e t ef o 面e rt r a l l s f o n n 離散傅立葉變化 d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n 廿o lc h a 蚰e l 專用物理控制信道 d e d i c a t e dp h y s i c a ld a 阻c h 鋤e l 專用物理數(shù)據(jù)信道 e n h 缸c e d 國e d i c a t e dc h 黝e l 增強(qiáng)型專用信道 f e e d b a c kb i ti n f o n i l a t i o n 反饋信息比特 h i 曲s p e e dd o 砌i n kp a c k e ta c c e s s下行高速分組接入 h i 曲s p e e du p i i n kp a c k e ta c c e s s上行高速分組接入 i t e rc a r r i e rh n e r f e r e 載波間干擾 i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r r n 離散反傅立葉變換 1 1 1 t e rs y m b o li n t e r f 矗e 碼問干擾 瞄l ob i t p e rs e c o n d 千比特秒 l i l l e a rm i n i m 吼m e a l ls q u a r ee r r o r 線性最小均方誤差 l e a s ts q u 丑r e 最小二乘 m a x i m u map o s t e r i o r i 最大后驗(yàn)概率 m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t多輸入多輸出 m a x h n ml i k e l i l l o o d 最大似然 m i n i m u mm e a i ls q u a r ee r r o r 最小均方誤差 m e a ns q u a r ee n 眥 均方誤差 o r 【h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n 正交頻分復(fù)用 m u m p l e x i n g 縮略語 p s a m p s k q a m q p s k r n c s e r s i s o s 1 蝴畏 s v d t f c i t p c w c d m a w m s a p i l o ts y b o la s s l s t e dm o c l u l a 舡o n p h a s es h i f tk e y i n g q u a 出a ：七【1 r ea m p l 曲d em o d u l a t i o n q u a t e m a r yp h a s es h i nk e y 協(xié)g r a d i on e t w o r kc o r 虹o l k r s y m b o le rr a t e ， ， s i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p m s i g n a ln o i s er a t e s i n g u l a rv a j u ed e c o m p o s i t i o n n a n s p o r tf o a a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r t r a n s m i tp o w e rc o n 仃o l w i d e b a n dc o d ed i v i d ed 訌u l t i p l ea c c e s s w e i g h t e dm u l t 閑o ta v e m g e 導(dǎo)頻輔助調(diào)制 相位鍵控調(diào)制 正交幅度調(diào)制 四進(jìn)制移相鍵控 無線網(wǎng)絡(luò)控制器 符號(hào)錯(cuò)誤率 單輸入單輸出 信噪比 奇異值分解 傳輸格式組合指示 發(fā)射功率控制 寬帶碼分多址 多時(shí)隙加權(quán)平均 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過 的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并 表示了謝意。 簽名 瓣日期：五粵、1 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明 東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的 復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi) 容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可 以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生 院辦理。 簽名 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 對(duì)無線信道傳輸特性的了解是實(shí)現(xiàn)無線通信的前提。根據(jù)所建立的無線信道模型， 在接收端對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，可以有效提高無線鏈路的傳輸性能。由于論文的工作是 無線信道估計(jì)算法的仿真研究，所以本章介紹無線信道傳輸特性、無線信道估計(jì)的重要 性，以及論文在無線信道估計(jì)方面的主要工作。 1 1 無線信道的傳輸特性 在無線通信系統(tǒng)中，由于障礙物的存在，電磁波除了直射傳播之外，還可以反射、 衍射和散射。當(dāng)電磁波遇到比波長大的障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生發(fā)射和透射；電磁波入射到建 筑物、墻壁和其他大型物體的邊緣時(shí)，則會(huì)發(fā)生衍射的現(xiàn)象；而當(dāng)電磁波入射到不規(guī)則 物體，如粗糙表面的墻壁、車輛和樹葉等，則會(huì)使電磁波在各個(gè)方向散射。 大多數(shù)蜂窩無線移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)作在城區(qū)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間無直射路徑，而高 層建筑則會(huì)導(dǎo)致電磁波的衍射。由于不同物體的多路徑反射，經(jīng)過不同傳播路徑的電磁 波的相互疊加則會(huì)引起多徑衰落。此外，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離也會(huì)不斷改變。上述 原因?qū)е铝私邮諜C(jī)所接收到的電磁波強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)衰減的特性。 通常，無線信道的路徑傳播特性可分為大尺度( l 盯g e s c a l e ) 傳播損耗和小尺度 ( s m a l l s c a l e ) 傳播衰落兩種。大尺度傳播損耗是指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離( 幾百米 或幾千米) 的信號(hào)強(qiáng)度的衰減。小尺度衰落是指短距離( 幾個(gè)波長) 或短時(shí)間( 秒級(jí)) 內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。事實(shí)上，在同一個(gè)無線信道里，既存在大尺度損耗，也存 在小尺度衰落。一般而言，大尺度損耗表征了接收信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)的均值隨傳播距離 和環(huán)境的變化而呈現(xiàn)的慢變化，小尺度衰落則表征了接收信號(hào)短時(shí)問內(nèi)的快速波動(dòng)。由 于大尺度衰落與本文研究問題無關(guān)，在此就不作介紹，這里主要介紹小尺度衰落的數(shù)學(xué) 模型。 1 1 1 信道的小尺度衰落 所謂小尺度衰落，是指無線信號(hào)在經(jīng)過短時(shí)間或短距離傳播后其信號(hào)幅度的快速波 動(dòng)。小尺度衰落是由于同一傳輸信號(hào)在多個(gè)路徑上傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)， 這些多徑波疊加后就是一個(gè)幅度和相位都急劇變化的信號(hào)，其變化程度取決于多徑波的 一1 第1 章緒論 強(qiáng)度、相對(duì)傳播時(shí)延以及傳播信號(hào)的帶寬。 ( 1 ) 小尺度衰落效應(yīng)的主要表現(xiàn) 小尺度衰落效應(yīng)主要有以下幾個(gè)表現(xiàn) 經(jīng)過短距或短時(shí)傳播后信號(hào)強(qiáng)度急速變化。 在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。 多徑傳播時(shí)延造成信號(hào)的時(shí)間彌散效應(yīng)。 ( 2 ) 導(dǎo)致小尺度衰落的主要因素 導(dǎo)致小尺度衰落的主要原因有： 多徑傳播：由于反射、散射等因素的影響，實(shí)際到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為發(fā)射信號(hào) 經(jīng)過多個(gè)傳播路徑后各分量的疊加。不同路徑信號(hào)的幅度、相位、到達(dá)時(shí)間及 入射角各不相同，使接收到的疊加信號(hào)在幅度和相位上都產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。 多徑傳播引起了在時(shí)間上的擴(kuò)展，從而帶來了符號(hào)問的干擾( i s i ) 。 移動(dòng)臺(tái)或反射物的運(yùn)動(dòng)：移動(dòng)臺(tái)或者反射物相對(duì)于基站運(yùn)動(dòng)，由于各入射信號(hào) 的入射角不同，各路徑分量受到不同的多普勒頻率調(diào)制，使接收到的復(fù)合信號(hào) 產(chǎn)生非線性失真。若使用的載波頻率一定，移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度越高，多普勒頻 移對(duì)接收信號(hào)的影響就越嚴(yán)重。 信號(hào)的傳輸帶寬：如果信號(hào)的傳輸帶寬比多徑信道帶寬( 相干帶寬) 大，接收 信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真。若傳輸信號(hào)帶寬比信道帶寬窄，則信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間失真。 ( 3 ) 信道小尺度衰落的類型 從傳輸信號(hào)的帶寬是否大于信道相干帶寬，小尺度衰落可分為平坦衰落和頻率選擇 性衰落；從多普勒所導(dǎo)致的信道相干時(shí)間是否大于傳輸信號(hào)的符號(hào)周期，小尺度衰落又 可以分為快衰落和慢衰落： 平坦衰落如果移動(dòng)無線信道帶寬大于發(fā)送信號(hào)的帶寬，且在帶寬范圍內(nèi)有恒 定增益及線性相位，則接收信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過程。 頻率選擇性衰落如果信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào) ， 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 帶寬，則該信道特性就會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。在這種情況下， 信道沖激響應(yīng)具有多徑時(shí)延擴(kuò)展，其值大于發(fā)送信號(hào)波形帶寬的倒數(shù)。此時(shí)， 接收信號(hào)中包含經(jīng)歷了衰減和時(shí)延的發(fā)送信號(hào)波形的多徑波，從而導(dǎo)致接收信 號(hào)失真。 快衰落在快衰落信道中，信道沖激響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很快。即信道的相 干時(shí)間比發(fā)送信號(hào)的信號(hào)周期短。由于多普勒擴(kuò)展引起頻率色散( 也稱為時(shí)間 選擇性衰落) ，從而導(dǎo)致信道失真。 慢衰落在慢衰落信道中，信道沖激響應(yīng)變化率比發(fā)送的基帶信號(hào)的變化率低 得多，因此可假設(shè)在一個(gè)或若干個(gè)帶寬倒數(shù)間隔內(nèi)，信道均為靜態(tài)信道。顯然， 移動(dòng)臺(tái)的速度( 或信道路徑中物體的速度) 及基帶信號(hào)的發(fā)送速率，決定了信 號(hào)是經(jīng)歷快衰落還是慢衰落。 圖卜1 給出了小尺度衰落分類的示意圖。 平坦 小尺度衰落 ( 基于多徑時(shí)延擴(kuò)展) 信號(hào)帶寬c 信道帶寬 延遲擴(kuò)展 信道帶寬 延遲擴(kuò)展，符號(hào)周期 快衰落 高多普勒頻移 相干時(shí)間c 符號(hào)周期 信道變化快于基帶信號(hào)變化 圖1 1小尺度衰落類型 慢衰落 低多普勒頻移 相干時(shí)間，符號(hào)周期 信道變化慢于基帶信號(hào)變化 第1 章緒論 1 1 2 多徑時(shí)變信道的沖激響應(yīng) 基于多徑信道模型，并考慮到信道響應(yīng)的時(shí)變性，無線移動(dòng)信道的沖激響應(yīng)可以表 示為： p 0 1 a ( r ，r ) = 嘶( r ) j ( r 一一( r ) ) ( 1 1 ) f = 1 其中p o ) 為時(shí)刻f 的路徑總數(shù)，f ( f ) 為第，徑的時(shí)延，此外 凹疋) = i 口摩) 。 ( 1 2 ) 是第f 徑的復(fù)衰減因子，其中諺( r ) 是相移，是虛數(shù)單位。假設(shè)發(fā)射信號(hào)為x ( f ) ，則接 收的信號(hào)y o ) 可表示為： y p ) = 矗0 ，r ) + x o ) + ”o ) = x ( 卜r ) ( 如) d r + ”( f ) ( 1 3 ) 其中+ 表示兩個(gè)函數(shù)的連續(xù)時(shí)間卷積運(yùn)算，n ( f ) 是信道的g a u s s 白噪聲。式( 1 - 1 ) 所定義 的信道沖激響應(yīng)充分反映了無線移動(dòng)信道的多徑效應(yīng)和時(shí)變特性，信道沖激響應(yīng)的 f o u r i e r 變換被稱為信道的傳遞函數(shù)，可以表示為： 日( 徊) = 向( 妒) 一_ ( 1 - 4 ) 1 1 3 j a k e s 信道仿真模型 如何用計(jì)算機(jī)仿真無線信道是無線通信的一個(gè)重要研究課題，人們也提出了許多無 線信道的仿真模型，其中最常見的是j a k e s 無線信道仿真模型。由于本文后續(xù)章節(jié)的信 道仿真都使用了j a k e s 信道模型 3 1 ，因此這里作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。 如圖1 2 所示，j a k e s 信道仿真模型輸出的信號(hào)可表示為 ( f ) = “( f ) + ，：( f ) ( 1 - 5 ) 其中 4 fl x 、i， f ，l 餅 m = 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 肛( r ) = c j ，。c o s ( 2 z 工，。r + q ，。) ，f = 1 ，2 ( 1 6 ) = l 圖1 2j a k e s 信道仿真模型結(jié)構(gòu)圖 ：( f ) 表示個(gè)低頻振蕩器輸出的加權(quán)疊加，加權(quán)因子c 。，離散多普勒頻移廠。，以及相位只，。 分別有如下表示： 藏5 血咄_ _ 1 f = 1 憊咖( 晶 ，矧，- 1 ，f = 2 ( 1 _ 7 ) 喜， ”：，f = 1 ，2 j - 圭 第1 章緒論 厶：kc o s ( 嘉) 川，州一，m 。， 兒。 2 2 l ，2 g 。= o ，m = 1 ，2 ，f = 1 ，2 ( 1 - 9 ) 其中c r o 是一個(gè)正常數(shù)，且e 2 ：( f ) ) = 2 ，f _ 1 ：2 ，九。為最大多普勒頻移。j a k e s 仿真 模型輸出的( f ) 具有瑞利衰落特性。 圖1 3 ( a ) ( b ) 給出了多普勒頻移分別為4 h z ，4 0 h z 時(shí)用j a k e s 模型仿真出來的瑞利衰 落信道的包絡(luò)k ( f ) i 。由圖可見，多普勒頻移越大，衰落越劇烈。 4 2 o _ 2 蠶。4 隸- 6 圃。8 1 0 1 2 。1 4 1 6忡 i 荊 !， 23 時(shí)間( 秒) ( a ) ，。= 4 h z 4 2 。 量- 2 薹一4 _ 6 8 1 0 - w 4 懶黼 j y 123 時(shí)間( 秒) ( b ) 厶= 4 0 h z 圖1 3 瑞利衰落信號(hào)包絡(luò) 1 2 信道估計(jì)的重要性 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了在接收端能夠較好地檢測(cè)發(fā)送信號(hào)，一般采用相干檢測(cè)。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)相干檢測(cè)，需要對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，使得接收端在知道信道狀態(tài)信息的條件 下對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。所以，無線信道估計(jì)是無線通信領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，它是接 收端進(jìn)行相干檢測(cè)、解調(diào)、均衡的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)采用相干檢測(cè)時(shí)，信道估計(jì)是必須的。一般來說，使用訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻作為輔 6 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 助信息來對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)。訓(xùn)練序列通常用在非時(shí)變信道中，在時(shí)變信道中般使用導(dǎo) 頻信號(hào)。例如，在o f d m 系統(tǒng)中，導(dǎo)頻信號(hào)是時(shí)頻二維的。為了提高估計(jì)的精度，可 以插入連續(xù)導(dǎo)頻和分散導(dǎo)頻，導(dǎo)頻的數(shù)量確定需要綜合考慮估計(jì)精度和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，在 兩者之間尋找一個(gè)合理的折衷。導(dǎo)頻信號(hào)之間的間隔取決于信道的相干時(shí)間和相干帶 寬，在時(shí)域上，導(dǎo)頻的間隔應(yīng)小于相干時(shí)間；在頻域上，導(dǎo)頻的間隔應(yīng)小于相干帶寬。 實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)頻模式的設(shè)計(jì)要根據(jù)具體情況而定。 當(dāng)接收端使用非相干檢測(cè)時(shí)，雖然不需要進(jìn)行信道估計(jì)，但是系統(tǒng)的接收性能會(huì)有 較大的損失。在進(jìn)行差分檢測(cè)時(shí)，雖然不需要信道估計(jì)，但仍需要些導(dǎo)頻信號(hào)提供初 始的相位參考，差分檢測(cè)可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和導(dǎo)頻的數(shù)量，但卻損失了系統(tǒng)性能。 1 3 論文的主要內(nèi)容 本文對(duì)無線通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)問題進(jìn)行了仿真研究，主要工作如下： 詳細(xì)介紹了信道估計(jì)算法的分類、基本原理； 針對(duì)o f d m 系統(tǒng)，全面分析了基于訓(xùn)練序列及導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)方法，討論 了導(dǎo)頻形式的選擇準(zhǔn)則，提出了一種改進(jìn)的線性插值估計(jì)方法，并通過計(jì)算機(jī) 仿真，對(duì)常見的信道估計(jì)算法進(jìn)行了分析比較； 針對(duì)h s u p a 系統(tǒng)，仿真了采用w m s a 、簡(jiǎn)單復(fù)制、線性插值等信道估計(jì)算法 的系統(tǒng)性能曲線，并比較了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 論文安排如下： 第二章介紹了信道估計(jì)的基本原理。 第三章詳細(xì)介紹了o f d m 系統(tǒng)中常用的信道估計(jì)算法，提出了一一種改進(jìn)線性插值 算法，并通過計(jì)算機(jī)仿真，分析、比較了這些算法的性能。 第四章在介紹h s u p a 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，仿真了使用w m s a 、簡(jiǎn)單復(fù)制、線性插值等 信道估計(jì)算法的系統(tǒng)性能，然后分析了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 1 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章無線信道估計(jì)基本原理 本章主要介紹無線信道估計(jì)的常用準(zhǔn)則 5 6 】【卯 ，如最大似然估計(jì)、最小二乘估計(jì)、加 權(quán)最小二乘估計(jì)、最小均方誤差估計(jì)、最大后驗(yàn)估計(jì)等，在此基礎(chǔ)上還介紹了無線信道 估計(jì)的基本原理和分類。 2 1 參量估計(jì)原理 信道估計(jì)問題在理論上屬于概率統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域的參量估計(jì)問題，這里簡(jiǎn)要介紹一下估計(jì) 理論的基本概念。 估計(jì)理論就是根據(jù)受到噪聲干擾后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，來估計(jì)某一隨機(jī)變量或隨機(jī)過程。 若待估計(jì)量是隨機(jī)變量，則該估計(jì)稱為參量估計(jì)；若待估計(jì)量是隨機(jī)過程，則稱為狀態(tài) 或波形估計(jì)。 從一般意義上理解，參量估計(jì)指靜態(tài)估計(jì)，參量隨時(shí)問保持不變或變化非常緩慢； 狀態(tài)或波形估計(jì)指動(dòng)態(tài)估計(jì)，參量是隨時(shí)間變化而變化的。估計(jì)理論主要由參量估計(jì)和 波形估計(jì)這兩部分構(gòu)成。 在估計(jì)理論中，貝葉斯估計(jì)需要已知代價(jià)函數(shù)，同時(shí)還要知道待估參量和觀測(cè)數(shù)據(jù) 之間的概率描述。最大后驗(yàn)概率( m a p ) 和最大似然( m l ) 估計(jì)需要知道待估參量和觀測(cè)數(shù) 據(jù)之間的概率描述。線性最小均方誤差( l m m s e ) 估計(jì)則只需要已知待估參量與觀測(cè)數(shù)據(jù) 的一、二階矩。最小二乘( l s ) 估計(jì)則什么概率或統(tǒng)計(jì)知識(shí)都不要，把估計(jì)問題作為確定 性的最優(yōu)化問題來處理。 m l 估值與m a p 估值在估計(jì)理論中占有非常重要的地位。m l 適用于非隨機(jī)參數(shù)或 者未知先驗(yàn)分布的參量估計(jì)，而m a p 適用于已知先驗(yàn)分布隨機(jī)參量的估計(jì)。 由于最佳估計(jì)的估計(jì)量往往是觀測(cè)數(shù)據(jù)的高度復(fù)雜的非線性函數(shù)，在實(shí)際問題中往 往不易求解與計(jì)算。最大似然的方法要求知道觀測(cè)值的條件概率密度函數(shù)。而事實(shí)上， 觀測(cè)數(shù)據(jù)的一階、二階統(tǒng)計(jì)量是比較容易得到的，這時(shí)常采用最佳線性估計(jì)，即在假定 估計(jì)量是觀測(cè)數(shù)據(jù)的線性函數(shù)的前提下，以均方誤差最小為準(zhǔn)則去尋求估計(jì)值，這種方 法比較容易實(shí)現(xiàn)。 9 第2 章無線信道估計(jì)基本原理 需要強(qiáng)調(diào)的是，在一般情況下，由于只用觀測(cè)數(shù)據(jù)的部分概率信息來進(jìn)行估計(jì)，估 計(jì)的質(zhì)量會(huì)較差。但對(duì)高斯分布的情形，由于一、二階矩信息已經(jīng)完全描述概率特征， 往往線性估計(jì)就是最佳估計(jì)。 下文簡(jiǎn)要介紹本文要用到的常用估計(jì)準(zhǔn)則：最大似然估計(jì)( m l ) 、最小二乘估計(jì)( l s ) 、 最小均方誤差( m m s e ) 、線性最小均方誤差估計(jì)( l m s e ) 以及最大后驗(yàn)概率估計(jì) ( m a p ) 。 ( 1 ) 最大似然估計(jì) 最大似然估計(jì)是以使似然函數(shù)達(dá)到最大值的參量作為估計(jì)值，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無 需知道信號(hào)參量的先驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)代價(jià)函數(shù)也不必給定，因此不僅對(duì)未知先驗(yàn)概率的隨 機(jī)參量估值適用，同時(shí)對(duì)非隨機(jī)的未知參量估計(jì)也適用。 設(shè)h = 囊， ：，】7 為待估參量，y = 【y 。，y ：，蜘】7 為觀測(cè)樣本，廠( y i h ) 為轉(zhuǎn)移概 率密度函數(shù)，那么最大似然估計(jì)值矗。就是使得代價(jià)函數(shù)( h ) = 廠( yh ) 取得最大值 的h ： 虬2a r gz 節(jié)擴(kuò)( y ih ) ) ( 2 _ 1 ) 假設(shè)似然函數(shù)廠( y lh ) 對(duì)h 是連續(xù)可導(dǎo)的，并且因?yàn)閷?duì)數(shù)函數(shù)是單調(diào)函數(shù)，所以上式也 可以表示為： 蓋l n 廠( 卅) k = 。 ( 2 _ 2 ) 上式稱為最大似然( m l ) 方程。 例如，假設(shè)含有待估參量的線性觀測(cè)模型如下式所示： y = + ( 2 - 3 ) 其中，x 是維數(shù)為m 的已知矩陣，n 為一維g a u s s 噪聲向量，則最大似然函數(shù) 有如下表達(dá)式： 他 h ) 2 齋e 坤y 一塒群( y _ ) ( 2 - 。) 1 0 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 其中r 。= e ( n ，) 是n 的自相關(guān)矩陣。 此外，如果x 不是一個(gè)已知的矩陣，則需要用x 的統(tǒng)計(jì)特性來實(shí)現(xiàn)h 的估計(jì)，這是 盲估計(jì)中經(jīng)常采用的方法。 ( 2 ) 最小二乘估計(jì)與加權(quán)最小二乘估計(jì) 最小二乘估計(jì)是個(gè)相當(dāng)古老的估計(jì)方法，它適用于線性觀測(cè)模型，但對(duì)待估參量以 及觀測(cè)數(shù)據(jù)不規(guī)定任何概率的或統(tǒng)計(jì)的描述，對(duì)任何統(tǒng)計(jì)特性都不作要求，而且只把估 計(jì)作為確定的最優(yōu)化問題來處理，其使用條件非常寬，因此常被人們采用。 為了表達(dá)上的一致性，假設(shè)含有待估參量的觀測(cè)模型具有式( 2 3 ) 線性形式，若要對(duì) 參量h 進(jìn)行最小二乘估計(jì)，先考察最小二乘估計(jì)的代價(jià)函數(shù)： ( 矗) = ( y 一妯) ”( y 一娃) ( 2 - 5 ) 其中上標(biāo)”表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置。使代價(jià)函數(shù)c 。f 矗1 達(dá)到最小值的岳就是待估參 量h 的最小二乘估計(jì)，按照以下步驟可得最小二乘估計(jì)矗。，首先，求c of 丘1 對(duì)矗的偏 導(dǎo)數(shù)： 令上式等于零，同時(shí)令矗= 畝。，得： 妒( y 一妯。) = o 若x ”x 存在逆矩陣，則 矗。= ( x ”x ) x 8 y 由式( 2 8 ) 可以求得最小二乘估計(jì)的估計(jì)方差： ( 2 7 ) ( 2 - 8 ) 砷 城 n p 掰 剽一一 掣 第2 章無線信道估計(jì)基本原理 砌r ( h 一吆) = e ( h 矗。) ( h 一丘。) 1 = e ( ( h 一( x 8 x ) x 8 y ) ( h 一( x ”x ) 1 x “y ) ”) ，：一，、 = e 一( 掣x ) x ”n 一( 鏟x ) 。1 r n 。) 、。 = ( r x ) 。1 掣r 。x ( x ”x ) 1 1 這里假設(shè)r 。= e ( n 礦) 是以加性噪聲的方差為對(duì)角元素所組成的對(duì)角矩陣 恥卜 ( 2 1o ) 對(duì)于最小二乘估計(jì)，還可以通過采用加權(quán)的方法使得估計(jì)的均方誤差得到降低。這 樣加權(quán)最小二乘估計(jì)的代價(jià)函數(shù)就變?yōu)椋?同理推得 巴，。( 矗) = ( y 一娃) “w ( y 一矗) ( 2 _ 1 1 ) 矗。，。= ( x ”w x ) 1 鏟w y ( 3 ) 最小均方誤差估計(jì) 同最小二乘估計(jì)一樣，仍舊采用式( 2 3 ) 的觀測(cè)模型。 ( 2 1 2 ) 最小均方誤差估計(jì)準(zhǔn)則就是使估計(jì)的均方誤差達(dá)到最小，考慮到估計(jì)子矗是觀察量 y 的函數(shù)，也即矗= 妒( y ) ，相應(yīng)的估計(jì)代價(jià)函數(shù)可表示為： ( 6 ) = e ( h _ 矗) ”( h 一蠡) = j 1 ( h 一丘) ”( h 一矗) i 廠( h ，y p 塒y ( 2 _ 1 3 ) vh 。 = “豇h 一矗) “( h 一矗) 廠( hy ) d h 廠( y ) d y 根據(jù)最小均方誤差估計(jì)準(zhǔn)則，最小均方誤差滿足如下等式 1 2 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 型i 一。 蕊 1 = k 一“ ( 2 1 4 ) 將式( 2 1 3 ) 帶入式( 2 - 1 4 ) ，可以得到以下等式： 魯( ( h 一矗廣沙y ) 鈾弦= 。 p 四 由式( 2 - 1 5 ) 可得： 矗。= ( h i y 矽b ( 2 _ 1 6 ) 以上結(jié)果表明，h 的晟小均方誤差估計(jì)矗一是觀測(cè)樣本y 一定前提下的h 的條件 均值。 ( 4 ) 線性最小均方誤差估計(jì)( i _ m m s e ) 線性最小均方誤差估計(jì)與一般最小均方誤差估計(jì)的差別在于它規(guī)定了6 。與觀 測(cè)樣本y 之間必須滿足線性關(guān)系： h = a + b y ( 2 一1 7 ) 上式中，a 、b 為矗m 的系數(shù)矩陣，a 是維數(shù)為m 1 的矩陣，b 是吖矩陣。 a 、b 的值應(yīng)該根據(jù)使估計(jì)均方誤差為最小的準(zhǔn)則確定。 顯然，這種估計(jì)方法的代價(jià)函數(shù)可表示為： 。( 矗) = e ( h a b y ) ”( h a b y ) ) ( 2 1 8 ) 根據(jù)估計(jì)均方誤差為最小的準(zhǔn)則，首先求式( 2 1 8 ) 對(duì)a 、b 的一階偏導(dǎo)，并令其值 都為零，可得下列方程： 解上述方程得 f e h a b y l = o 1 e ( h a b ；) y “ ：o 2 _ 1 9 1 3 第2 章無線信道估計(jì)基本原理 ：2 e ? 2 一? v 匕i ) c 。：- 1 ( y ，y ) e ( r ) ( ：一2 。) b = c o v ( h ，y ) c o v _ 1 ( y ，y ) 、 其中c 0 v ( h ，y ) 表示向量h 和y 的協(xié)相關(guān)矩陣。把式( 2 2 0 ) 帶入式( 2 1 7 ) ，得 矗。= e ( h ) 十c 。v ( h ：y ) c o v 。( y ，y ) y e ( y ) ( 2 2 1 ) 由式( 2 2 1 ) 可以求得線性最小均方誤差估計(jì)均方誤差 v a r ( h 一矗。一) = c 。v ( h ，h ) 一c 。v ( h ，y ) e 。v 1 ( y ，y ) c 。v ( y ，h ) ( 2 垅) ( 5 ) 最大后驗(yàn)概率估計(jì)( m a p ) 在已經(jīng)觀測(cè)樣本y 的前提下，待估參量h 的后驗(yàn)概率密度函數(shù)為廠( h f y ) ，從解析表 達(dá)式來看，后驗(yàn)概率密度函數(shù)視同條件概率密度函數(shù)廠( h i y ) ，但要強(qiáng)調(diào)的是，后者的h 、 y 同時(shí)都是隨機(jī)變量。因此，最大后驗(yàn)概率應(yīng)是y 取定值時(shí)的條件概率密度函數(shù)，( hy ) 。 對(duì)于h 的最大后驗(yàn)估計(jì)為： = a r g ，警 廠( h i y ) ( 2 2 3 ) 由于1 i l ( ) 是單調(diào)遞增函數(shù)，因此矗。，可由以下方程求出： 嘉1 n 廠( h l y ) j 。站= 。 ( 2 - 2 4 ) 式( 2 - 2 4 ) 稱為最大后驗(yàn)概率( m a p ) 方程。 當(dāng)待估參量h 為隨機(jī)量時(shí)，由于 巾l 滬幫= 掣鏟 p z s ， 把上式帶入式( 2 2 4 ) ，可以得到以下關(guān)系 嘉- n 廠( yl h ) + 嘉h 廠( h ) ) 1 。亂，= 。 ( ：粕) 當(dāng)待估參量h 滿足均勻分布時(shí)，式( 2 2 6 ) 中關(guān)于h 先驗(yàn)信息的項(xiàng)1 1 1 廠( h ) 為一常量，此時(shí) 1 4 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 式( 2 2 6 ) 等同于最大似然方程( 2 2 ) ，也就是說，矗。= 6 。 2 2 信道估計(jì)原理 所謂信道估計(jì)，就是從接收數(shù)據(jù)中，將假定的某個(gè)信道模型的參數(shù)估計(jì)出來的過程。 由于無線信道是一個(gè)線性系統(tǒng)，不管無線信道怎樣錯(cuò)綜復(fù)雜，最后總能在接收端將接收 信號(hào)表示成如下線性形式： y ( n ) = x h ( ”) + n ( n ) ，n = 1 ，一，上( 2 - 2 7 ) 其中y ( n ) 是觀察向量，向量n ( n ) 是g 眥s s 白噪聲，h ( n ) 是發(fā)送數(shù)據(jù)向量，矩陣x 的元 素是信道參數(shù)，一般來說假設(shè)矩陣x 在上的數(shù)據(jù)符號(hào)發(fā)送周期內(nèi)保持不變。 無線信道的預(yù)測(cè)、估計(jì)和跟蹤，將直接影響和決定無線信道的傳輸能力和利用效率。 目前，已經(jīng)提出的信道估計(jì)方法可以大致分類為： 盲估計(jì)利用調(diào)制信號(hào)本身固有的、與具體承載信息比特?zé)o關(guān)的一些特征，如 恒模、子空間、有限符號(hào)集、循環(huán)平穩(wěn)等，來進(jìn)行信道估計(jì)的方法。從( 2 - 2 7 ) 來 看，就是不知道h ( 竹) 的具體信息，而是只知道h ( 門) 的二階矩等統(tǒng)計(jì)信息，根 據(jù)觀察向量y ( 胛) 來對(duì)x 進(jìn)行估計(jì)； 基于訓(xùn)練序列的估計(jì)借助于參考信號(hào)，如導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列，按一定估計(jì)準(zhǔn)則 確定待估信道參數(shù)值，并進(jìn)行逐步跟蹤和調(diào)整待估參數(shù)的估計(jì)值。從( 2 2 7 ) 來看， 就是h ( n ) 是已知的訓(xùn)練序列或者導(dǎo)頻序列，根據(jù)觀察向量y ( n ) 來對(duì)x 進(jìn)行估 計(jì)。 半盲估計(jì)將盲估計(jì)與基于訓(xùn)練序列估計(jì)這兩種方法結(jié)合起來的信道估計(jì)方 法，既利用調(diào)制信號(hào)本身所固有的特征，也利用導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列的信息來進(jìn)行 信道估計(jì)。 估計(jì)準(zhǔn)則的選取，可以根據(jù)不同的具體情況選擇不同的估計(jì)方法。當(dāng)然不同的估計(jì) 方法，其代價(jià)是不同的。 許多信道估計(jì)的研究中都非常重視利用接收端所得到的后驗(yàn)知識(shí)，并且用一些盲方 法來進(jìn)行估計(jì)和檢測(cè)。在這些估計(jì)技術(shù)中，如子空間算法并不需要知道輸入信號(hào)的知識(shí)， 而只需要知道一些諸如二階的各態(tài)歷經(jīng)的一般統(tǒng)計(jì)量。然而這種算法在無線應(yīng)用中有嚴(yán) 一1s 一 第2 章無線信道估計(jì)基本原理 格的限制，因?yàn)樾枰佬盘?hào)波形，并且多徑反射必須少于天線數(shù)目。在實(shí)際應(yīng)用中， 特別是在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，盡管實(shí)際的傳輸符號(hào)流是未知的，但是接收端可以知道一些 后驗(yàn)知識(shí)。在這種系統(tǒng)中，一個(gè)己知的導(dǎo)頻符號(hào)被加到信息符號(hào)中一起傳輸。這些額外 的信息可以用來提高估計(jì)的準(zhǔn)確性，并且可以用來簡(jiǎn)化估計(jì)算法的復(fù)雜度。因此，除了 盲估計(jì)方法以外，基于訓(xùn)練序列( 或?qū)ьl) 的估計(jì)方法非常實(shí)用。 理論研究表明，m i m o 系統(tǒng)可以大幅度提高系統(tǒng)的容量，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)m i m 0 系統(tǒng) 需要對(duì)m i m o 信道進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)。但是由于m i m 0 信道的參數(shù)遠(yuǎn)多于s i s o 信道的 參數(shù)，因此估計(jì)的復(fù)雜度明顯增加，給接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)帶來了困難。因此，有效直接的信 道估計(jì)方法顯得非常重要。針對(duì)頻率非選擇性信道，盡管一些新的空時(shí)碼算法不需要知 道信道估計(jì)，可以應(yīng)用于快衰落信道環(huán)境中信道估計(jì)很困難的情況，但它們要比相干檢 測(cè)損失大約3 d b 的信噪比性能。 此外，在信道經(jīng)歷比較慢的衰落時(shí)，信道估計(jì)變得更可行且可靠。在信道變化很快 時(shí)，通信系統(tǒng)對(duì)信道估計(jì)提出了更高的要求，充分地利用導(dǎo)頻符號(hào)來得到最優(yōu)的信道估 計(jì)性能非常重要，而且導(dǎo)頻符號(hào)的不同設(shè)計(jì)也可以顯著地影響系統(tǒng)的整體性能。 2 3 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了無線信道估計(jì)的分類、參量估計(jì)的基本原理和無線信道估計(jì)的基本 原理。在參量估計(jì)原理中，介紹了最大似然估計(jì)、最小二乘估計(jì)、最小均方誤差估計(jì)以 及最大后驗(yàn)概率估計(jì)等不同的估計(jì)準(zhǔn)則。 - 1 6 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3 章o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)算法仿真研究 o f d m 是近年來研究得較多的無線傳輸技術(shù)。這種技術(shù)把高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分成若干 低速數(shù)據(jù)流，然后利用d f t 技術(shù)將這些低速數(shù)據(jù)流調(diào)制在若干正交的子載波上進(jìn)行傳 輸。這樣做的好處可以有效降低接收機(jī)的復(fù)雜度，在接收端再也不需要進(jìn)行復(fù)雜的均衡。 本章在介紹o f d m 系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)o f d m 系統(tǒng)的典型信道估計(jì)算法進(jìn) 行了仿真分析，并針對(duì)基于導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)算法，改進(jìn)了線性插值估計(jì)。 3 1 o f d m 系統(tǒng)的基本原理 上個(gè)世紀(jì)中期，人們提出了頻帶混疊的多載波通信方案。o f d m 實(shí)際上是一種多載 波傳輸技術(shù)，在這種技術(shù)中用來傳輸信號(hào)的子載波相互正交，且頻率上有重疊。這種“正 交”是相對(duì)于函數(shù)空間所定義的內(nèi)積來說的。使用o f d m 的好處就是，既能充分利 用信道帶寬，也可以避免使用高速均衡，對(duì)抗突發(fā)噪聲差錯(cuò)。 o f d m 的思想是把一個(gè)高速率的數(shù)據(jù)流分解成許多低速率的子數(shù)據(jù)流，以并行方式 在多個(gè)子信道上傳輸，再把每個(gè)并行的子數(shù)據(jù)流調(diào)制到正交的子載波上。如果每一個(gè)子 載波的帶寬遠(yuǎn)小于信道的相關(guān)帶寬，那么每個(gè)子載波信道就可假設(shè)為頻率平坦信道。另 外，如果插入循環(huán)前綴( 或保護(hù)間隔) 且其長度大于信道的時(shí)延擴(kuò)展，那么信道將會(huì)變成 沒有碼問干擾的信道。因此，多徑信道對(duì)每個(gè)子載波的效應(yīng)將表達(dá)成簡(jiǎn)單的復(fù)乘數(shù)，即 只影響子載波的幅度和相位。這樣，接收機(jī)的均衡器就可用一組復(fù)數(shù)的乘法器來實(shí)現(xiàn)。 另外，o f d m 系統(tǒng)中的各個(gè)子信道的載波相互正交，頻譜相互重疊，如圖3 。3 所示。 這樣不但減小了載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率，這對(duì)于頻率資源非常緊 張的無線通信來說，無疑是很大的優(yōu)勢(shì)。 每個(gè)o f d m 符號(hào)是多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波信號(hào)之和，其中每個(gè)子載波的調(diào)制方式 可以選擇相移鍵控( p s k ) 或者正交幅度調(diào)制( q a m ) 。如果用表示子信道的個(gè)數(shù)， r 表示o f d m 符號(hào)的寬度，z ：( f = o ，1 ，：一1 ) 是分配給每個(gè)子信道的數(shù)據(jù)，f 表示載 波頻率，則從f 一。開始的o f d m 符號(hào)可以表示為： 1 7 第3 章o f d m 系統(tǒng)信道估計(jì)算法仿真研究 陋 蘭e 坤m 丘 s ( f ) = r e 置+ ，：e x p l ，2 石i 丘 l f 一2l f + 丁( 3 1 ) 在很多文獻(xiàn) 7 5 5 1 中，經(jīng)常采用如下所示的等效基帶信號(hào)來描述o f d m 的輸出信號(hào)