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OFDM系统中信道估计算法的研究与实现

作　者: 金志文
导　师: 魏急波
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 正交频分复用 信道估计 IEEE802.16d 现场可编程门阵列
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


信道估计是正交频·分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系统的一项关键技术,直接影响着OFDM系统的性能。基于导频的最小二乘(Least Square, LS)信道估计算法具有实现复杂度低的特点,常常被实际系统所采用。本文针对基于IEEE 802.16d标准的OFDM系统,对传统的基于导频的LS信道估计算法进行了改进和实现,主要工作如下所示：1.分析了无线信道的衰落特性,介绍了OFDM系统的基本原理并推导了其基带数学模型,总结了基于导频的经典信道估计算法的优缺点和适用条件。2.基于IEEE 802.16d标准的OFDM帧结构,提出了一种差分内插信道估计算法。该算法利用相邻符号导频子载波的信道变化量插值得到所有子载波的信道变化量,有效跟踪了信道的变化。仿真证明,差分内插误差小于线性内插误差,在快时变信道下,差分内插信道估计算法的性能优于传统的基于导频的信道估计算法。3.详细推导了实际OFDM系统中由无线信道、定时误差和残余频偏组成的等效信道数学模型,针对慢时变等效信道的应用环境,提出了基于相位补偿的LS信道估计算法。该算法在传统的基于块状导频的Ls信道估计算法的基础上,加入了相位跟踪算法,补偿了由残余频偏带来的相位旋转。仿真证明,该算法硬件实现简单,能有效估计等效信道响应。4.对基于相位补偿的LS信道估计和单抽头均衡算法进行了现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)硬件设计实现。采用ISE软件综合分析了所设计模块的硬件资源占用情况,采用ChipScope与Matlab联调的方法验证了算法实现的正确性。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 OFDM信道估计的研究现状  13-14
  1.3 本文的章节安排和主要工作  14-15
第二章 无线信道衰落特性及OFDM信道估计算法简介  15-28
  2.1 无线信道衰落特性及其数学模型  15-18
    2.1.1 时延扩展与相干带宽  15-16
    2.1.2 平坦衰落与频率选择性衰落  16
    2.1.3 多普勒扩展与相干时间  16-17
    2.1.4 快衰落和慢衰落  17-18
    2.1.5 无线信道建模  18
  2.2 OFDM的基本原理及其基带数学模型  18-21
    2.2.1 基本原理  18-19
    2.2.2 基带数学模型  19-21
  2.3 信道估计算法简介  21-27
    2.3.1 导频结构要求  22-23
    2.3.2 导频子载波的信道估计算法研究  23-24
    2.3.3 内插算法研究  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 基于IEEE802.16d标准的差分内插信道估计器  28-38
  3.1 OFDM系统帧结构  28-29
  3.2 经典信道估计算法的研究  29-31
    3.2.1 基于长符号的信道估计算法  29-30
    3.2.2 基于梳状导频的信道估计算法  30-31
  3.3 基于长符号和数据导频的差分内插信道估计  31-33
  3.4 仿真结果与分析  33-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 慢时变条件下等效信道估计算法的研究  38-50
  4.1 等效信道的数学模型  38-41
  4.2 基于相位补偿的LS信道估计算法  41-43
  4.3 仿真验证  43-49
    4.3.1 均衡器的输出星座图对比  44-47
    4.3.2 误比特率性能对比  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 基于相位补偿的LS信道估计和单抽头均衡算法的FPGA硬件实现  50-63
  5.1 基于IEEE 802.16d标准的OFDM接收系统简介  50-51
  5.2 FPGA设计实现  51-58
    5.2.1 FPGA总体结构设计  51-52
    5.2.2 基于长符号的信道估计和均衡模块的FPGA实现  52-55
    5.2.3 基于导频的相位跟踪和纠正模块的FPGA实现  55-58
  5.3 实现复杂度分析  58-59
  5.4 FPGA硬件实现的正确性验证  59-62
  5.5 本章小结  62-63
结束语  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
作者在学期间取得的学术成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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