基于DFT和DCT的OFDM系统导频辅助信道估计算法

发布时间：2018-12-31 12:34

【摘要】：OFDM技术具有抗干扰能力强、频谱利用率高,可以采用IDFT/DFT变换来实现系统的调制和解调等优点,是一种有效的高速率数据流传输方式。OFDM技术由于具有这些独特的优点,它已经作为一种标准被广泛应用在户外无线局域网、欧洲数字视频广播和数字音频广播之中。 OFDM系统的缺点是对频率偏差非常敏感。在恶劣的无线移动通信传播环境下,发送符号会发生幅度和相位的畸变,这就限制了数据符号的传输速度。因此可靠的信道估计是实现OFDM系统高速数据传输的关键技术之一,它是动态比特分配和信号相干检测的基础。若要提高OFDM系统的性能,就必须通过信道估计技术获得准确的信道状态信息。 OFDM信道估计的方法大致可以分为三类:第一类是导频辅助(PSAM)的信道估计,它利用在数据符号中插入的导频来估计信道的频域响应(CFR)。该算法虽然易于实现,但却占用了大量的系统频谱资源,同时也带来了不可避免的时延;第二类是基于判决反馈(DD)的信道估计,它利用前一帧或者符号得到的信道响应估计值来估计当前时刻的信道响应。为了提高信道估计的性能,该算法通常也会利用一定的导频符号;第三类是盲信道估计(BCE),它只利用传输符号的统计特征来对信道进行估计。该方法不需要插入导频符号,节省了带宽,但收敛速度慢而且计算也比较复杂。本文重点研究的是PSAM信道估计算法及其性能,并在MATLAB上进行了仿真分析。论文针对不同的导频插入图案,首先讨论了块状导频、梳状导频以及矩形导频的插入方法;接着详细分析了LS、LMMSE、基于SVD、DFT和DCT的信道估计算法;然后对常值插值、线性插值、高斯插值、Cubic插值以及DFT插值等算法做了介绍;最后通过计算机仿真,比较和分析了在不同导频图案下,应用不同信道估计算法和插值方式获得的信道频域响应。仿真结果表明:LMMSE算法的估计性能最好,但是其算法的复杂度也最大,难于实现;基于SVD的算法由于采用了矩阵降维使得其计算量大大简化,性能几乎和LMMSE一致;LS算法尽管在性能上要稍差,但是计算简单且易于实现;而基于DFT和DCT算法的BER在高信噪比下均出现了“地板效应”,使得估计性能下降。本文针对梳状导频下出现“地板效应”的基于DFT和DCT的信道估计算法做出改进。基于IDFT/DFT的信道估计算法,首先采用LMMSE准则得到导频位置的信道频域响应,接着将获得的CFR作为IDFT变换的输入,然后将由此得到的信道冲激响应在时域做线性变换,最后通过DFT插值计算出全部子载波的CFR。该算法依然存在BER曲线的“地板效应”,出现这个问题的原因可能在于采用的插值方式不准确,导致对信道的估计不准。因此做进一步的改进,改用线性插值方法来获得CFR,即先将导频位置的信道冲激响应(CIR)经过DFT操作变换回频域,接着在频域做线性插值计算,由此得到的BER曲线完全消除了“地板效应”,提高了系统性能。基于DFT/IDFT的信道估计算法,是将通过LMMSE准则获得的导频CFR经过DFT操作,并在变换域内对所得的数据序列进行低通滤波及补零,然后再经IDFT插值变换回到频域。由于该算法采用了LMMSE准则,所以计算量比较大,但是估计性能上却没有明显的提高。这是由变换域内选择的“截止频率”和频域内乘以的调节系数不合适而导致的。基于IDCT/DCT的信道估计算法,将由LMMSE准则得到的CFR先乘以增益因子后再进行IDCT操作变换到时域,接着在时域内CIR的尾部补零,然后再进行DCT插值。由于进行了不同点数的IDCT和DCT变换,所以最后在频域内再乘以一个增益因子以补偿之前的不匹配。尽管如此,但其估计效果仍然不理想。基于DCT/IDCT的信道估计算法,将在LMMSE准则下获得的导频CFR经过传统的DCT操作后,在变换域内其所对应的“谱序列”末尾补零,再通过扩展的IDCT(EIDCT)变换回到频域得到全部子载波的CFR。该算法在进行DCT变换时,导致数据发生移位,因此不能直接采用IDCT变换而应采用EIDCT对其进行补偿。由此得到的信道估计性能大幅度提高了,降低了系统的BER。同时本文仿真对比了改进的信道估计算法在不同系统和信道参数下的性能。仿真结果表明:采用小幅度小相位的调制方式、增加导频数量、选择子载波数目较大的FFT变换、减小多普勒频移、减少路径条数、选择整数采样信道以及选用更准确的内插方式,都会提高信道估计的精度,同时提高系统的性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN919.3

【引证文献】