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OFDM系统中的信道估计技术研究

作 者: 王君诚
导 师: 宋荣方
学 校: 南京邮电大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: OFDM 信道估计 压缩感知 正交匹配追踪 导频设计 基追踪
分类号: TN919.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


伴随着人们对高质量无线多媒体业务需求的增长,未来移动通信系统(LTE/4G)要求更快的数据传输速率、更优的移动业务质量和更高的频谱资源利用率。正交频分复用(OFDM)技术因其在宽带通信中的优越性被越来越广泛地应用于未来移动通信系统中。但是,由于无线信道的传输特性以及OFDM系统本身的高带宽的性质,信道估计技术成为OFDM系统中非常重要的一个环节。本文首先简单介绍了无线通信的发展过程,并对OFDM系统中已有的信道估计方法做了分类和比较。这些已有的算法在服从奈奎斯特准则的情况下分配导频数据,从而降低了导频分配的灵活性。本文从这个角度出发,引出了目前在信号处理领域很热门的压缩感知(Compressed Sensing)技术,它突破了奈奎斯特采样准则的局限,针对无线信道所具有的稀疏性特性,将信号处理及恢复问题投影到另一个域来处理,大大提高了系统的有效性。本文将压缩感知里面的一些算法及理论应用到OFDM系统的信道估计过程中。首先仿真表明了,在保证同样性能的前提下,基于压缩感知理论的正交匹配追踪(OMP)恢复算法只需使用较少的导频数目。此外,还设计了相对较优的导频放置方案,同样仿真表明,文中提出的导频放置方案最接近于理想的知道全部信道状态信息(CSI)的信道估计方法。最后,在快衰落多普勒延迟多径信道中,应用了压缩感知理论中的基追踪(BP)算法,定量的验证了使用较少的导频便能够获得相对好的性能。这些事实都表明,基于压缩感知理论的信道估计方法确实可行,且能取得很好的效果。这样的信道估计方法节省下来的原本用于传输导频符号的子载波便能用于传输用户数据信息,这样就大大提升了OFDM系统传输的有效性,这将使得压缩感知这样一个新的理论能更广泛的应用于无线通信中。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 移动通信发展概述  8-11
  1.2 无线信道特征  11-12
  1.3 OFDM 技术及信道估计  12-13
    1.3.1 OFDM 技术  12
    1.3.2 OFDM 系统中的信道估计  12-13
  1.4 论文的研究内容和结构安排  13-15
第二章 OFDM 系统原理  15-20
  2.1 OFDM 系统基本原理  16-18
    2.1.1 OFDM 信号  16-17
    2.1.2 DFT 的实现  17
    2.1.3 保护间隔和循环前缀扩展  17-18
  2.2 OFDM 系统的优缺点  18-20
第三章 基于导频的OFDM 信道估计方法  20-33
  3.1 OFDM 系统框图  20-23
  3.2 导频设计  23-24
  3.3 导频子载波处信道估计  24-28
    3.3.1 最小二乘(LS)算法  25
    3.3.2 最小均方误差(MMSE)算法  25-26
    3.3.3 低阶最小均方误差(LMMSE)算法  26
    3.3.4 仿真结果  26-28
  3.4 其他频点处检测方法  28-32
    3.4.1 插值算法  28-29
    3.4.2 多项式方法  29-30
    3.4.3 基于DFT 的算法  30
    3.4.4 仿真结果  30-32
  3.5 本章小结  32-33
第四章 基于压缩感知的OFDM 信道估计方法  33-59
  4.1 压缩感知技术  33-37
    4.1.1 压缩感知技术的出发点  33-34
    4.1.2 压缩感知原理  34-37
  4.2 OFDM 系统模型  37-38
  4.3 基于OMP 算法的信道估计方法  38-44
    4.3.1 基于LS 准则的信道估计方法  38
    4.3.2 基于MMSE 准则的DFT 算法  38-39
    4.3.3 基于OMP 算法的信道估计算法  39-40
    4.3.4 仿真结果分析  40-44
  4.4 基于压缩感知的信道估计中导频排列方法设计  44-47
    4.4.1 互相关最小化准则  44-45
    4.4.2 基于互相关最小化准则的导频优化设计  45-46
    4.4.3 导频优化设计仿真分析  46-47
  4.5 多普勒延迟多径信道信道估计方法  47-57
    4.5.1 快衰落信道环境中OFDM 系统描述  48-49
    4.5.2 稀疏信道估计  49-53
    4.5.3 性能及仿真分析  53-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章 结束语  59-61
  5.1 论文工作总结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
作者攻读硕士学位期间发表的论文  66

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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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