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NGB-W信道估计算法研究

作　者: 李雷
导　师: 刘洪武
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制工程
关键词: NGB-W MIMO-OFDM 导频信道估计维纳滤波
分类号: TN948.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

下一代广播电视网（Next-Generation Broadcast Network, NGB）是应国家要求，以有线电视数字化和移动多媒体广播电视的成果为基础，以自主创新的“高性能宽带信息网”核心技术为支撑，构建的适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。下一代广播电视网无线系统（Next-Generation Broadcast Network Wireless System，NGB-W）是NGB的重要组成部分。NGB-W系统采用了多输入多输出正交频分复用（Multiple InputMultiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing, MIMO-OFDM）技术，提高了频谱利用率和抵抗多径的能力。论文主要研究NGB-W系统信道估计算法。论文首先介绍了国内外广播电视网技术的发展以及研究NGB-W的目的与意义，给出信道估计在无线广播电视网系统中的具有重要作用的原因。分析了MIMO-OFDM技术以及NGB-W系统物理层中使用的编码、交织、星座映射等技术，简单介绍了无线信道的传播特性，分析了衰落对系统的影响。接着分析了如何设计合理的导频图案，并通过较少的导频来获得信道估计响应。介绍和分析了常用的导频处的最小二乘（Least-Square, LS）信道估计、最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）信道估计和线性最小均方误差（Linear Minimum Mean Square Error, LMMSE）信道估计算法和常值插值、线性插值、高斯插值、Cubic插值、维纳滤波以及基于离散傅立叶变换（Discrete FourierTransform, DFT）的插值算法，并简单介绍了破零（Zero Forcing, ZF）和最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）均衡两种算法。其中对LMMSE信道估计算法和维纳滤波插值算法进行了重点分析。论文搭建了以TU6信道为仿真场景的链路仿真平台，对LS信道估计、LMMSE信道估计以及维纳滤波估计进行了仿真，并通过均方误差（Mean SquareError, MSE）和误比特率（Bit Error Rate, BER）对算法性能进行评估。针对维纳滤波估计求相关系数矩阵的运算量大的问题，论文采用了固定系数维纳滤波估计，针对系统的导频结构特点，对算法进行了优化，并对这种算法进行了仿真，仿真表明此方法在此链路仿真平台中有较好的性能。这种固定系数维纳滤波估计算法虽然在性能上有较小的损失，但大大减小了相关的计算量。另外针对系统的多种导频模式，进行了LS估计频域线性插值的仿真，从仿真结果可以看到，从导频模式PP1到PP5，信道估计性能依次在变差，从此仿真结果可以给导频结构优化提供一定参考依据。由移动速度引起的多普勒频移对系统的影响，也通过仿真进行了说明和分析。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 研究 NGB-W 的目的与意义  10-11
  1.2 国内外广播电视网技术的发展  11-13
  1.3 信道估计与均衡在 NGB-W 统中的重要性  13-14
  1.4 研究意义  14
  1.5 论文的主要工作  14-16
第2章 NGB-W 系统技术介绍  16-29
  2.1 MIMO-OFDM 系统  16-21
    2.1.1 OFDM 系统  16-20
    2.1.2 MIMO 基本原理  20-21
    2.1.3 MIMO-OFDM 系统  21
  2.2 无线信道的传播特性  21-26
    2.2.1 路径损耗  22
    2.2.2 大尺度衰落  22
    2.2.3 小尺度衰落  22-25
    2.2.4 加性噪声  25-26
  2.3 NGB-W 系统物理层基本技术  26-27
    2.3.1 信道编码技术  26
    2.3.2 交织技术  26-27
    2.3.3 星座映射  27
  2.4 本章小结  27-29
第3章信道估计与均衡算法研究  29-38
  3.1 导频插入  29-31
  3.2 信道估计算法  31-33
    3.2.1 最小二乘信道估计  32
    3.2.2 最小均方误差信道估计  32-33
    3.2.3 线性最小均方误差信道估计  33
  3.3 插值算法  33-36
    3.3.1 常值插值  33
    3.3.2 线性插值  33-34
    3.3.3 高阶插值  34-35
    3.3.4 维纳滤波  35-36
    3.3.5 DFT 插值  36
  3.4 信道均衡算法  36-37
    3.4.1 迫零均衡  36-37
    3.4.2 最小均方误差均衡  37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 NGB-W 信道估计与均衡  38-51
  4.1 MMSE 估计  38-41
    4.1.1 LMMSE 估计频域插值  38-39
    4.1.2 二维维纳滤波估计  39-40
    4.1.3 固定系数维纳滤波估计  40-41
  4.2 NGB-W 链路仿真建模  41-43
    4.2.1 NGB-W 基带发射机  41-43
    4.2.2 NGB-W 基带接收机  43
  4.3 仿真结果与分析  43-49
    4.3.1 基本仿真  43-45
    4.3.2 移动速度与星座映射对系统的影响  45-47
    4.3.3 固定系数维纳滤波估计  47-48
    4.3.4 不同导频模式对系统的影响  48-49
  4.4 算法实现分析  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章总结与展望  51-53
参考文献  53-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57-58

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