关 键 词：

基于 ofdm 信道 估计 估量 中插值 研究 钻研 电子 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6214

资源描述：

文档包括:

说明书一份,22页,9700字左右.

中期检查表.doc

任务书.doc

外文翻译.doc

开题报告.doc

指导过程记录表.doc

论文.doc

课题审核表.doc

内容简介：

河南科技学院本科毕业论文（设计）中期 进展情况 检查表 学生姓名 杨付辉 班级 应教 052 班 指导教师 付广春 论文（设计）题目 基于导频的 道估计 中 插值 的研究 目前已完成任务 基于导频的 道估计中常用的估计方法有：最小二乘估计、最小均方误差估计、最大似然估计等，几种估计方法大同小异，都是对所插入的导频载波上的估计，而对于导频载波之外的数据载波，一般都是利用插值的方法进行， 信道估计中常用的 插值方式主要有 线性多项式插值 、 线性滤波器插值、 基于 时域插值 、基于低通滤波的变采样率插值等 。 是否符合任务书要求进度： 尚需完成的任务 在相同 的信道估计方法下，比较各种插值方法的适用范围及其估计性能好坏。 能否按期完成论文（设计）： 存在问题和解决办法 存 在 问 题 数据分析结果比较理想，但仿真实验结果出入较大。 拟 采 取 的 办 法 变换 信噪比及信号类型，以减少外界环境对仿真结果的影响。 指导教师签 字 日期 年 月 日 教学院长（ 系 主任） 意 见 签字： 年 月 日 毕业论文（设计）任务书 题目名称 基于导频的 道估计 中 插值 的研究 学生姓名 杨付辉 所学专业 应用电子技术教育 班级 052 班 指导教师姓名 付广春 所学专业 应用电子技术教育 职称 讲师 完成期限 2008 年 12 月 16 日 至 2008 年 12 月 21 日 一、 论文（设计）主要内容及主要技术指标 正交频分复用（ 术是一种高效的数字传输技术，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术，因其具有较高的频谱利用率、功率利用率，优良的抗窄带干扰和多径衰落 能力而被视为下一代无线通信的核心技术。移动通信中的无线传输信道是一个时变的多径衰落信道。 （ 1） 道估计 的标准 ； （ 2） 具有 良好的 抗干扰 能力和 多种 控制 功能 ； （ 3） 插值算法的特点 。 二、 毕业论文（设计）的基本要求 文）一份：有 400 字左右的中英文摘要，正文后有 15 篇 左右 的参考文 献，正文中要引用 5 篇以上文献，并注明文献出处 ； 000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料； 0000 字以上； 熟悉系统的硬件原理 及 应 用 ； 三、 毕业论文（设计）进度安排 （师范专业） 12 月 16 日 21 日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译和开题报告。 2. 2009 年 2 月 16 27 日，指导教师审核开题报告、设计方案和英文资料翻译。 3. 2009 年 3 月 2 日 20 日，毕业设计单元部分设计。 4. 2009 年 4 月 20 日 26 日，毕业设计中期检查。 5. 2009 年 5 月 18 日 20 日，设计仿真、程序调试、线路板制作调 试，整理、撰写毕业设计报告。 6. 2009 年 5 月 20 5 日上交毕业设计报告，指导教师、评阅教师审查评阅设计报告，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理设计报告。 of 980s, s in an to in a a of so of be 982 a to a to to of n 1989, to of SM 990. in 993 6 2 is a 00 10 In 994, .3 to 5 997. a SM a SM on SM SM an at as to in in in of of in of ,000 SM to to of by of in 2 980s MT by in a of no is of of to in of in to of a is is no to by a be to to of of a is to if is to a of in is SM is an of is to of is in a SM in an be in is of as in a be in in is to in of as by or is to of to as or be in in In of to n of is In to of is by of of or in a a to on a of of of in A of as a to is to as a of a is on of a of of in of so In is of is in to is in a On to a in to In to of on A of is . In we a f1 to to of on is It be a be in as as to of of in it is to a of a is a of to It be as an of a as or as an of of on to be to in of to in at A in of in 00800of SM on 900SM 1800SM 1900SM in of be by to in a of ne of SM is s is in a a f3 f2 f1 f4 f7 f5 f6 f3 f2 f1 f4 f7 f5 is IM is in to A a is or It is to a in a to a SM on a A a to IM or IM is to in to in s is of by of a SM is a a it he to a is in a is to of in of by is to A in is a a or is in is is n SM of or to to as if is to SM to SM to as if a to To IM a of a a to a a a on IM of a is if is in is on in be by is in to in is a a on a of to is to by is to a S be by S. of be in a is to is It in an by by to be to to in of a or TS of a is to is a it is by TS in so S in is to S it is in S is to be in it is in a to to or 全球移动通信系统概要 1、 在 80 年代初期期间，模式手机系统在欧洲体验迅速增长，特别在斯堪的那维亚和英国， 以及 法国和德国。 每个国家开发了它自己的系统，在设备和操作上 是 互 不相容的。这是一个不受欢迎的情况，因为不仅 移动通信 设备被限制在国界之内， 这 在统一的欧洲是越来越不重要的， 而且每种类型的设备都只有 一个非常有限 的 市场 ，因此经济尺度 及 随后 的储蓄 不可能体会 。 欧洲 人早就意 识 到了这点， 并且在 1982 年 欧洲 邮电管理联合会 ( 形成 了移动通信特别研究组 (研发一个能在全欧洲大陆通用的移动通信 系统。提出的系统必须符合 以下 标准： 通话质量好 终端及服务费用低 支持国际漫游 能够支持可随身携带的终端 支持一系列新的服务和 设 备 效率高 与 1989年， 任转移了到欧洲电信标准学院 (并且 段 也在 1990 年 出版了。商业服务在 1991 年中 期 开始了， 截至 1993 年有36 个 络在 22 个国家 诞生了 。 仅 仅是 欧洲标准 ，尽管它是在欧洲规范化的 。 现已有 200多个 络在全球 110个国家和地区运行。 1994年初期全球有 1,300,000 用户，截至 1997 年 10 月已突破 55,000,000 用户。随着美国后来在 并且缩写词 时 未经证明的数字系统，与 后来的 标准模式 蜂窝 系统相对 ，就 象 美国叫 英国叫 他们 坚信能够 推进压缩算法和数字信号处理器 使其能够根据质量和费用 将原始标准和系统连续改善 。 ,000页设法 使得在与供应商竞争之中体现 灵活性和创新，但提供足够的标准 来 保证在系统的组分之间适当配合工作。 完成 提供功能和接口描述 的功能个体在系统中都有定义 。 2、 一般概念 字式电话系统模式 第一代系统是模拟的。上个世纪 80 年代初期在欧洲迅速发展。虽然所有北欧国家使用 统，英国和意大利使用 统， 它们之间还有各式各样的系统不兼容。 和这些系统相比， 标准化 ； 容量 ； 质量 ； 安全 。 标准化 保证了不同国家系统之间的兼容性 ，允许 采取了数字化标准的国家的订户使用他们自己的终端。 在第一代系统 中缺乏标准化的 有限服务为 在 国家的边界之内。流动性被改进， 漫游 不再被限制到某一系统包括的面积 之内 。既使当 用户从一个国家移动到另一个 国家 ，电话 也 可以使用同一个个 人号码 。 因为网络的功能元件和这些元素之间的接口被规范化，操作员 可以 从不同的供营商 购 买 。 这意味着所有制造商 的 移 动电话能与任何网络沟通，即使这个网络是由 不同的供营商 的功能元件建立的 。这为操作员和订户 带来费用成本的降低。此外，电话费用 也降低了 ，因为 生产数量大，竞争水平高 。 能力方面，数字系统如 模拟系统使用的无线资源更有效。 这意味着更多的用户可以使用同一频带。这就有可能利用先进的数字技术，如语音压缩算法，信道编码和多址接入技术。请注意，无线电频率复用也取得了一定增益，这也已用于模拟系统。频率复用意味着同一载波可以在不同的地区重复使用。 由于这种信道编码方案，提高了可靠性及对噪音和其他用户或系统的 干扰能力，数字传输系统的质量更好了。质量改进的原因还在于改善了对无线连接的控制，并适应传播条件下，使用先进的技术，如电源控制或跳频。 质量改进的原因还在于使用先进的技术如电源控制或跳频改善了无线连接的控制 ,，传播条件的适应性等。这些将在下文中做更详尽的解释。 在安全方面， 证了保护接入网络和保密性。 动通信 在移动通信系统中，一个最重要的因素就是频谱。为了最有效地利用带宽，系统 设计的目的是通过基站 的服务区到周边 小 区，理论上 是 一个 正 六 边 形。 每个小区 有一个收发基站（ 其中，以避免相邻小区的不同无线信道在运行时产生相互干扰。这样可以在不相邻的小区使用同一载频。一组小区，作为一个整体，给运营商提供整个无线电频谱是指一个区群。 小区的形状是不规则的，这取决于是否有现成的基站，地理地形，无线电信号传播中存在的障碍，等等。 例如，在人口密集的城市地区，移动电话的通行非常重要，小区的直径往往会减小，以提高其通行能力。 这是允许的，因为同一频道只在一个较小的地区内使用。另一方面，小区直径的减小导致使用同一频率的小区间的距离（即两个公共通道小区间的距离）缩小了，增 强了各频 道 之间的相互 干扰。 为了尽量提高抗干扰的能力，无线接口使用了一系列技术。 一个基本的区群组织的结构如图 1所示。在这个例子中，我们看到了一个复用模式的 7个不同的频率， 些频率对应于每个小区的信标载波，整个小区的信号信息就靠它们被传播出去（见第 ）。 从图中可以看出， 某一载波可在两个不同的地理区域 重复使用，只要这两个 地区 离的足够远 ， 相互之间的干扰 足 够小 。 这一技术把地区分成小区和区群，经营者可以利用有限的带宽增加覆盖区域的面积。 图 1 小区和区群示意图 众陆地移动网络 公共陆地移动网（ 一种为公众提供地面流动电信服务而设立的网络。可视为一个固定的网络如公共交换电话网（ 扩展，或作为 频带移动电话 由于移动网络的需求不断增加，如今的移动电台（ 往是多频带的。事实上，为了避免人口稠密地区的网络饱和，移动电话能够支持不同频段以便 使用户随时随地都能进行通信，这已得到落实。 双频手机能够在两种不同的频率波段使用相同的技术，例如在 900 1800 同时支持 00（ 00 800 和 900 三频手机也开始 走向市场 。 请注意， 此这种手机可以使旅客在具有网络服务的许多国家想用就用。 最有趣的创新是用户数据不是 保存在移动电话里。而是 在 一个智能卡，称为用户识别模块（ 里 。 插在手机里进行通信。这样用户f3 f2 f1 f4 f7 f5 f6 f3 f2 f1 f4 f7 f5 区 区群 可以用别人的手机或只有一个用户信息但有多部话机时也打以拨打电话。这是可以的，例如 在一个采用 同频带的国家可以在不同的移动设备中使用同一块 。 因此欧洲人去美国时，可以租用那儿的 机，而仍然使用自己的 而可以接收或发起呼叫。 了已经保存在手机内存中的之外。 该卡也可通过加密和认证码保护用户信息。 动性 在 一个大面积内 支持流动性。 与无绳电话系统相比，它 还能 提供 位置漫游和 移交 等 。 置区域 第一代蜂窝系统不能够准确找到用户所在位置。这意味着，当有一个电话被叫时，网络得在无线信号覆盖的整个区域内发出该电话的通知。 然而在 络中，位置区域（ 若干个小区组成的区群，由经营者指定。该系统能够确定用户所在的位置区域。这样，当用户收到一个电话，通知（或传呼）只在这个区域内转交。这是更为有效，尽管物理资源的使用是有限的。 游 特别是， 统支持国际漫游， 能够在其它国家发起或接收呼叫 ，就像在自己家里一样 。 这是可能的，因为 不同运营商之间的 双边协定已经签署了，允许 不同的国家旅行时 能够利用 就像 它们已经订购了 本地网络 一样 。 为了实现这一点， 中包含了一个网络 清单 ，其中包含有漫游协议 。 当用户漫游到国外，手机自动开始搜索 择网络是自动执行的，如果列表中的网络有多个，则根据运营商规定的顺序进行选择。选择顺序可以被用户修改。主 通常指的是用户漫游到的网络。 当用户在访问 到一个电话，从主 访 问 交 当用户正在从一个小区转入另一个小区， 和用户之间的无线信号链接可转至。 和用户之间的无线信号链接。通话的连续性可为用户提供一个无缝 的连接。这就是所谓的移交。这方面的双频电话，一个有趣的特点是所谓的双频段切换。它允许用户在一个覆盖了 标信道 对于 个基站， 使用 其中 一个信道来承载 该 小区的主要信号。这种特殊的 载波频 率被称为 信标信道 ，它 在整个小区中的功率最大 ，使 小区 中 的每个 用户 能够 收到 它。 户待机模式 当 用户 处于开机状态但不在进行通信时，可视为待机 模式 。 这就是说， 此时它处于低耗状态， 但 和网络同步， 并能够接收或发起呼叫。 河南科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告 题目名称 基于导频的 道估计中插值的研究 学生姓名 杨付辉 专业 应用电子技术教育 学号 20050324233 指导教师姓名 付广春 所学专业 通信与信息系统 职称 讲师 完成期限 2009 年 2 月 16 日至 2009 年 2 月 27 日 一、选题的目的意义 术是一种高效的数字传输技术， 它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术， 因其具有较高的频谱利用率、功率利用率，优良的抗窄带干扰 和 多径衰落能力而被视为下一代无线通信 的核心技术 。 信道估计是现代无线通信领域中的一个研究热点，它是接收端进行相干检测、解调、均衡的基础。在信道估计中，插值是个很重要的环节。在保证导频信号估计的正确性前提下，插值方式的好坏决定了信道估计性能的优劣。 二、国内外研究现状 对于 统， 其信道估计技术尚处起步阶段，目前主要用导频法进行，其中的最小二乘估计，最小均方误差估计，最大似然估计等估计方法大同小异，都是先对导频处进行估计，然后再用插值、滤波等方法对导频之外的数据载波进行估计，对于其中的插值方法，目前尚未见其科学研究。 三、主要研究内容 1、 统模型及其原理 2、信道估计的主要任务 3、基于导频的信道估计 4、几种常用信道估计模型的实用性，精确度及算法复杂度比较 5、插值对信道估计结果的影响 6、几种常用插值方法的对比分析 7、相应信道估计模型中的插值方法选择 8、插值后结果的理论分析 9、插值结果的仿真实验 10、相应的科学性结论 四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 本文的主要研究内容是 基于导频的 道估计中 的 插值 问题，首先搜集了几乎所有的插值方法及其适用情况，然后 在相同的导频处估计情况下，用仿真实验的 方法对各插值方法进行 集中对比，根据对比结果提出合理结论。 五、 主要参考文献与资料 1彭铃 统中基于导频的信道估计及其 真 J 然科学）， 2008， 29（ 2） 2刘军峰，马海武 J 2008， 41（ 01） 3李冬霞，王高虎，刘海涛 道估计算法性能分析 J 2007， 25（ 5） 4张学毅，梁建华，周春临 宽带系统信道估计的研究 J 2008，41（ 07） 5刘岚，王蓬 移动通信信道建模与仿真 J 6刘钧雷，叶芳，朱琦 统中基于导频的信道估计 J 2004，16（ 4） 7邝育军，乐光新 道估计中几种插值算法性能比较分析 J 8王跃 统信道估计算法研究 J 9沈若聘，李健 道估计算法 J 统通信， 2008， 29（ 187） 10韩丹夫，吴庆标 M 江大学出版社， 2006 11万永革 现 M 学出版社， 2007 12 著，喻文健译 值计算 M 械工业出版社，2006 13张宝刚，夏靖 研究与仿真 J 14叶晟 统信道估计 J 然科学、医学版），2007， 28（ 2） 六、 指导教师审批意见 签名： 年 月 日 河南科技 学院毕业论文（设计）指导过程记录 表 论文 (设计 )题目 基于导频的 估计中的插值的研究 学生姓名 杨付辉 专业 应用电子技术教育 学生学号 20050324233 班级 052 班 指导教师姓名 付广春 职称 讲师 第 1 次指导： 确定 设计任务，确定了研究方向。 指导时间： 09 年 2 月 18 日 第 2 次指导： 收集资料，确定了可实现的研究和分析方案。 指导时间： 09 年 2 月 27 日 第 3 次指导： 查询资料，对比方案，确定了一套可行的 对比分 析方案 。 指导时间： 09 年 3 月 5 日 第 4 次指导： 根据自己掌握的资料，开始对设计针对性的分析。 指导时间： 09 年 3 月 12 日 第 5 次指导： 查阅资料，开始对 基于导频的 道估计 的国内外的 研究现状及发展前景 展开研究，并写了分析。 指导时间： 09 年 3 月 19 日 第 6 次指导： 粗略的了解了各信道估计方法的适用范围及其性能优劣 。 指导时间： 09 年 3 月 26 日 第 7 次指导： 搜集各插值方法，总结各方法的适用 情况 。 指导时间： 09 年 4 月 3 日 第 8 次指导： 针对各插值方法，用 真的方法进行对比分析， 指导时间： 09 年 4 月 10 日 第 9 次指导： 结合设计中出现的问题， 对仿真中出现的误差 问题进 一 步探讨研究，找到解决办法。 指导时间： 09 年 4 月 17 日 第 10 次指导： 整理材料，开始撰写论文。 指导时间： 09 年 4 月 24 日 第 11 次指导： 论文 基本 完成， 需要 修改 图片公式 。 指导时间： 09 年 4 月 30 日 第 12 次指导： 论文修改， 修改格式，符合学校规定 。 指导时间： 09 年 5 月 7 日 第 13 次指导： 论文修改可以，可以进行答辩。 指导时间： 09 年 5 月 14 日 河南科技学院 2009 届本科毕业论文（设计） 论文题目： 基于导频的 道估计中 插值的研究 学生姓名： 杨付辉 所在院系： 机电学院 所学专业： 应用电子技术教育 导师姓名： 付广春 完成时间： 2009 年 5 月 22 日 要 正交频分复用（ 术是一种高效的数字传输技术， 它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术， 因其具有较高的频谱利用率、功率利用率，优良的抗窄带干扰和多径衰落能力而被视为下一代无线通信的核心技术。移动通信中的无线传输信道是一个时变的 多径衰落信道。为了使发送数据经过信道衰落后，在接收端被正确接收，数据所经的信道衰落影响就应该被合理补偿。信道估计技术作为获得信道衰落参数的手段，是现代无线通信领域中的一个研究热点，它是接收端进行相干检测、解调、均衡的基础，是提高无线数据传输接收性能的关键技术之一。 在信道估计中，插值是个很重要的环节， 在保证导频信号估计的正确性前提下，插值方式的好坏决定了信道估计性能的优劣。 本文用数值分析 的方法对基于导频的 统信道估计中的插值问题进行对比分析， 并通过仿真实验， 得出了科学的结论 ，给出了在不同的信噪比条件下 应采用的导频图案及插值方法。 关键词： 正交频分复用 ，信道估计， 导频， 插值 is a it be as a be as a of a to be as of of as of of in of a it is In is a to of of is or In of in a of to a to in to be 录 1 绪论 . 1 2 理和系统模型 . 2 3 信道估计 . 4 道模型 . 4 于导频的 统信道估计算法分析模型 . 5 种常用的信道估计算法 . 5 小二乘（ 道估计算法 . 6 小均方误差（ 道估计算法 . 6 大似然（ 计算法 . 7 4 信道估计中的插值问题 . 9 值的概念 . 9 性插值 . 9 阶插值 . 10 性滤波器插值（ 法 . 10 于 时域插值 . 10 于低通滤波的变采样率插值（ 法 . 11 5 数值仿真与结果分析 . 12 噪声环境下的插值精度比较 . 12 噪声环境下的插值精度比较 . 15 值算法的运算量比较 . 15 6 结论 . 16 致谢 . 16 参考文献 . 17 附录 . 18 1 1 绪论 正交频分复用（ 一种特殊的 的高速传输技术， 多载波调制（ 式，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术 ，它具有良好的抗多径干扰性能 。 它 的基本原理就是在频域内将系统的总带宽划分成许多子信道，每个子信道都采用彼此正交的并行子载波来进行传输。由于各个子载波之间存在正交性，所以允许子信道的频谱相互重叠。因此与常规的频分复用系统相比， 统可以最大限度地提高了频谱资源利用率。通过将高速数据流串转换到各个子载波上，每个子载波上的比特速率大为降低，每个子载波中的符 号周期会相对增加，因此能有效抑制由于多径时延扩展造成的符号间干扰（ 由于 术的良好抗符号间干扰（ 能及对频谱资源的高效利用性，它已经成功地应用于欧洲数字音频广播（ 数字视频广播（ 基于 11 标准的无线本地局域网（ 及非对称高速率数字用户线技术（ 领域。并且，世界普遍认为， 是未来第四代无线移动通信中的关键技术之一。 移 动通信中的无线传输信道是一个时变的多径衰落信道。为了使发送数据经过信道衰落后，在接收端被正确接收，数据所经的信道衰落影响就应该被合理补偿。 信道估计 技术作为获得信道衰落参数的手段， 是现代无线通信领域中的一个研究热点，它是接收端进行相干检测、解调、均衡的基础 ，是提高无线数据传输接收性能的关键技术之一 。 同差分解调相比带有信道估计的导频符号辅助相干解调，可增加 信噪比增益，还可利用频带利用率高的多电平调制技术（如此外，信道估计还能提供空时码解码及多用户检测、最大比分集合并等技术所需信息， 尤其在无线数据分组通信中，由于常需获得每个数据包经历的信道状态，信道估计很重要。 鉴于传输速率较高，所以在基于 新一代无线通信系统中要使用相干解调（ 术获得较高的性能。因此信道估计成为完全实现统优良性能的关键技术之一。 信道估计有利于消除信道对 统性能的影响，是进行相关检测、解调、均衡的基础。传统的无线通信系统中信道估计方案已经较成熟，而对于 移动通信系统的信道估计方法尚处于研究和探索阶段。 信道估计的方法总体可分为 时域信道估计算法和频域 信道估计算法两大类，又可分为基于 导频 或训练符号的 辅助 信息信道 估计算法和盲 信道 估计算法 两大类 。盲估计基于子空间算法及高阶统计量，其运算量大、灵活性差，在实 时 系统 2 中的应用爱到很大限制。导频辅助估计通过在时域和频域插入导频，先进行导频位置的估计，再根据不同的导频图案对信道的全响应做出估计。对导频位置估计的准则有最小平方（ 最小均方误差（ 最大似然估计（ 。 在正交频分复用（ 统中常通过插入已知的导频信号进行信道粗估计，然后通过插值方法求出信道的全响应。 在信道估计中，插值是个很重要 的环节。在保证导频信号估计的正确性前提下，插值方式的好坏决定了信道估计性能的优劣。 常用的插值方法有： 线性插值 （ 、二阶插值、 线性滤波器插值（ 、 基于 时域插值 、 基于低通滤波的变采样率插值（ 。 而在基于导频的 统信道估计中，至今尚未见相关文献对其中的插值问题进行科学分析。 2 正交频分复用（ 一种特殊的多载波调制（ 式，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。它的主要思想就是在频域内将总的信道分成很多个子信道，每个子信道上使用一个子载波进行调制，各个子载波之间相互正交，而且并行传输。这样，通过将高速串行数据流转化为低速并行数据流，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选 择性，但是每个子信道是相对平坦的（频带窄），信号带宽小于信道的相干带宽，就有效地消除了总的信道的频率选择性，对各路正交子载波的调制就用快速傅立叶反变换（ 实现。为了消除多径效应带来的码间干扰（ 在每个 号前面插入了循环前缀（ 将 个符号最后一段波形复制到该符号前面。 为一种保护间隔，它使 乎完全消除。 信 息数 据调 制编 码串 并变 换加 入导 频I F F C 变 换衰 落信 道串 并变 换去 除C 估 计并 串变 换解 调编 码接 收序 列图 1 统原理框图 统原理框图如图 1 所示，信源发出的二进制信息经过多进制调制成组地 映射成 号，经过串并变换再插入导频之后，频域信号()换成为时域信号 ()然后插入保护间隔（ 得到 3 ( ) , 1 , , 1()( ) 0 , 1 , , 1 n n N n n N (1) 式（ 1）中 N 是子载波数， 保护间隔（即 含的采样点数。接着发送信号通过具有加性高斯白噪声的频率选择性多径衰落信道后到达接收端，则接收信号的表达式为 ( ) ( ) ( ) ( )n x n h n w n (2) 式（ 2）中， ()信道的脉冲响应， ()号“ ”表示卷积运算。无线移动信道通常采用广义静态非相关散射（ 道模型，所以信道脉冲响应可表示成 21( ) ( ) 0 1D i nr j f T n h e n N (3) 式（ 3）中， r 表示传播路径总数，i 径上的复脉冲响应，i 径上的多普勒频移， 表示时延扩展索引，i是第 i 径由采样时间归一化的延时。从 ()经过 换，得到频域序列 ()设保护间隔长度大于信道的脉冲响应长度，那么 号之间不存在 此 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 , 1 , , 1Y k X k H k I k W k k N (4) 式（ 4）中， () ()由多普勒频移引起的载波间干扰。 然后就可以从 ()提取接收导频信号 ()而得到导频子载波上的信道响应 ()经过插值得到完整的信道响应 ()这样，发送数据 ()可以通过在每个子载波上作一个单抽头的复数除法而简单地恢复出来。即 () ( ) 0 , 1 , , 1 ()k k (5) 式（ 5）中， ()式（ 5）中也可以看出 统相对于单载波系统而言，其均衡复杂度要低得多。 在 实际应用中，由于载波频率偏移、定时偏差以及信道的频率选择性衰 落等的影响，信号会受到破坏，导致相位偏移和幅度变化等。为了准确恢复信号，接收端存在两种信号检测方法，差分检测和相干检测，也因此就有了非相干（差分） 统和相干 统之分。在非相干（差分） 统中，发射机对连续传输的 字中对应子载波上的符号进行差分编码后，再送入 理并加入循环前缀。接收端通过差分解调的方法获得对传输符号的估计。这种方法的最大优点是，不需要信道的状态信息，因此接收机比较简单， 4 但为了提高系统的频谱利用率， 统需要采用幅度非恒定的调制方式，在这种情况下，接收 机需要知道信道状态信息进行相干解调，事实上即使对于正交相移键控这样幅度恒定的调制方式，利用信道状态信息进行相干解调也要比差分解调提高系统的性能 3以总体上相干解调的性能要优于非相干解调，也正因此相干解调在 收系统中被广泛采用，而相干解调的核心思想就是通过信道估计得到 号子载波的绝对参考相位和幅度，因此，在相干收机中，进行信道估计是其最重要的一个任务。 3 信道估计 信道估计是现代无线通信领域中的一个研究热点，它是接收端进行相干检测、解调、均衡的基础。 在理论研究中，为了更好地描述信道对信号的影响，我们引入信道模型的概念。无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约，而无线信道的建模通常采用统计的方法进行。绝大多数的信道模型是通过研究信号 在特定环境下的特性来设定的。无线移动信道是时变的多径衰落信道，在时间轴和频率轴上都呈现选择性衰落。由于在移动通信中信道的特性随时间变化，为了提高通信效率和通信质量，增强 统的抗噪性能，非常有必要对信道的当前特性进行估计。信道估计实际上可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程，是信道对输入信号影响的一种数学表示，它的主要任务就是根据接收到的经信道影响在加幅度上和相位上产生了畸变并叠加了噪声的接收序列，辨识信道时域或频域的传输特性。对 统而言，即估计每个子载波上的频率响应值。 由于 各个子载波间的正交性要求，使得 统的收发双方必须严格同步（包括载波同步和采样时间同步等），同时必须有足够精确的信道估计。在 信中，信道估计的算法很多，可分为时域信道估计算法和频域信道估计算法两大类，又可分为基于导频或训练符号的辅助信息信道估计算法和盲信道估计算法两大类。基于导频插入的信道估计是指在发送信号中插入导频信号，接收端通过对导频信号的处理进行信道估计。因其能够有效地减轻和补偿无线信道多径衰落的影响而成为最常用的方法。 道模型 假设信道是缓慢变化的，即认为在一个 号内信道不发生变化。考虑有个冲激的多径信道衰落模型 10Lk k a T (1) 5 式 （ 6） 中，功率延迟谱为 k。指数衰减功率延迟谱为 e (2) 式 （ 7） 中k在 均匀分布，均方根时延扩展， C 为常数。 于导频的 统 信道估计算法分析模型 导 导 导导 导 导导 导导 导导 导 导导 导 导 () 导 导导 导导 导导 导导 导导 导图 2 基于梳状导频分布的信道估计框图 基于导频的 统信道估计算法的 基本过程 地 ：在发送端适当位置插入导频，接收端利用导频恢复出导频位置的信道信息，再利用某种处理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段的信道信息。 插入的导频有块状和梳状之分，基于梳状导频分布的信道估计框图如图 2 所示，假设导频序列是等间隔插入到发送序列中，每个 号中插入导频符号所在子载波的频率响应为： ( 0 ) , ( 1 ) , , ( 1 ) tp p p p H H N(3) 接收到的导频序列为： ( 0 ) , ( 1 ) , , ( 1 ) tp p p p Y Y N(4) 则有： p p p H W (5) 其中 0 ) , ( 1 ) , , ( 1 )p p p X N为主对角线的对角阵。至此，对以上导频所在的子信道的频率响应进行算法分析。 种常用的信道估计算法 在 统中，常用的信道估计算法有最小二乘（ 道估计算法、最小均方误差（ 计算法、最大似然（ 计算法等，下面分别对其进行分析。 6 小二乘（ 道估计算法 最小二乘（ 道估计是最简单的信道估计方法 。通过在发送信号中插入导频信号，接收端通过对导频信号的处理获得信道估计，也就是信道的冲激响应（或冲激响应的傅立叶变换），然后再通过插值方法获得信道在所有时刻的冲激响应（或冲激响应的傅立叶变换）。采用 梳 状导频分布的插入方案，导频在时域周期性地分配给 号，所有的子载波均携带导频信息。当输入矩阵 道估计算法就是要使 h y X h最小，导频符号所在子载波的频率响应为： 0 , 1 , , 1 Tp p p p H H N(6) 接收到的导频序列为： p p p p H I W (7) 上式中， 0 , 1 , , 1p p p X N为主对角线的对角阵，高斯噪声矢量，那么基于最小平方（ 则的导频信号估计可以表示为 1,10101 1 S p N (8) 式中号解调后的输出信号组成的向量。 该算法的优点是思路简单，有需要任何的信道统计特性，具有非常低的计算复杂度，便于实现。缺点是估计准确度不高，其性能易被高斯白噪声和子载波间干扰（ 化，尤其是信噪比低时更为明显 。数据载波上的信道响应是由相邻导频载波上的信道响应插值得到的，所以基于梳状导频分布的 性能很大程度上依赖于导频信号估计的精确性。 小均方误差（ 信道 估计算法 最小均方误差（ 道估计算法 是在 计的基础上进行的，它的结构与 采用的结构相同，但它对 高斯白噪声有很好的抑制作用。 频域信道响应的 计值为： 112 S E H H H H n L R X X H (9) 式 （ 14） 中 H H (10) 为频域信道矢量的自协方差矩阵， 2n为加性高斯噪声的方差。 上式所示的估计器相当复杂，因为当插入导频 逆，当维数增加时，这个求逆运算有很大的计算量，导致系统效率很低，在实际应用中受到了限制。为了降低运算量，对发送数据求平均，用 1X 代替 1 ，仿真结果表明，这种近似带来的性能恶化可以忽略。简化后的 1L M M S E H H H H L R I R (11) 式 （ 16） 中， 22 R(12) 代表平均信噪比， 221x (13) 是取决于调制方式的常数， I 为单位矩阵。 如果能事先知道或者设定信道自相关矩阵进后的估计算法只与导频的统计特性有关，而与其具体取决值无关，所以只需计算一次就可以了，从而大大降低了运算量，而估计的性能较 计算法却没有明显的恶化。若系统采用梳状导频分布，时域上是连续估计的，可以不考虑时域的相关性，仅考虑频域的相关性就行，因此这里的信道自相关矩阵 大似然 （ 估计算法 最大似然（ 计算法是最常用和最有效的信道估计方法。基本思想 是：在对被估计的未知量（或参数）没有任何先验知识的情况下，利用已知的若干观测来估计该参数。因此，在使用最大似然估计时，被估计的参数在观测期间是未知 的 随 机 变 量 。 令12, , , Nx x x是随机变量 x 的 N 个观测值， 12, , , | ,Nf x x x 是给定参数 情况下观测样本 12, , , Nx x x 的联合条件概率密度函数，假设联合条件概率密度函数存在，且有界，我们来考虑未知（固定）参数 的估计问题。当把联合条件分布密度函数 12, , , |Nf x x x 视为真实参数 的函数时，我们称之为似然函数，它是包含未知参数 住处的可能性函数。最大似然估计就是求出使似然函数 12, , , |Nf x x x 最大化的估计值 ，数学公式： 12a r g m a x , , , |Nf x x x(14) 8 因此最大似然估计也可以看作是联合条件密度函数 12, , , |Nf x x x 的全局最大值。 设单一用户的 发送信号 ( ) ( )t b a t N T(15) 其中： 10( ) ( )N t a g t (16) 式中： 单用户发送的第 p 个符号； 单用户的扩频码序列； 扩频码片宽度； N 扩频增益； () 高斯脉冲波形。 总的接收信号 1( ) ( ) ( ) ( )cL l l t s t m t n t (17) 式中 () 因此有 1( ) ( ) ( )t h s t n t (18) 信号的估计值为： 1( ) ( )t h s t l (19) 对数似然函数： 00 2l o g , 2 ( ) ( ) ( )r t r t d t r t d t (20) 对于超宽带信号， 12时， 0120 0t s t d t (21) 代入得： 211l o g , 2l b h J N E h (22) 9 其中， 00r t s t d t (23) 0 20b t (24) 为了使 lo g ,h 最大化，分别求 lo g ,h 对 h 和 的偏导数，并分别令其为 0，便可得到最大似然估计算法的信道冲激响应的均方误差估计值 h 和信道时延估计值 。 4 信道估计中的 插值 问题 在信道估计中，插值是个很重要的环节。在保证导频信号估计的正确性前提下，插值方式的好坏决定了信道估计性能的优劣。考虑梳状导频分布的情况， 信道估计中常用的 插值方式主要有 线性多项式插值 、 线性滤波器插 值、 基于 基于低通滤波的变采样率插值等 。 值的概念 ,的函数， 01, , , nx x x 为 , 1n 个互不相同的点， 为给定的某个函数类。若 上有函数 x ，满足 0 , 1 , 2 , ,f x i n (1) 则称 x 为 , , nx x 上的插值函数。 点01, , , nx x 用 0ni 简单表示，而 根据插值定义，插值 函数实际上是一条经过平面上点 , 0 , 1, ,f x i n的曲线，这条平面曲线函数，就可作为 性插值 线性插值 （ 的原理就是利用前后相邻导频位置上的信道响应，线性计算出数据载波上的信道响应。设 统的子载波数为 N ，导频间隔为： 2) 对于子载波 k ， 1m L k m L ，其中 m 是导频索引，即 0 , 1 , , 1，用线性插值 得到的信道响应为： 10 1 1 = 1 0p pH k H m L m H m H m H m l (3) 阶插值 采用更高阶的多项式插值比线性插值得到的信道响应更接近于实际值。当然，计算复杂度也是随着阶数的增大而增加。二阶插值由于其好的逼近性能和不算太高的复杂度而颇有实用价值。其插值器的表达式 为： 1 0 1 = C 1 C C 1p p pH k H m L lH m H m H m (4) 上式中 112C (5) 0 11C (6) 112C (7) (8) 性滤波器插值 （ 算法 基于线 性滤波器的插值算法 （ 的基本过程如下： （ 1） 构造一个插值滤波器 （ 2） 对原始信号 *0 造新的信号序列 *00 kk t t t h e r w i s e (9) （ 3） 用 i n t*s p k e r px t x t h t (10) 于 时域插值 基于 时域插 值法根据信号处理过程中在时域补 0 等效于在频域进行内插的原理恢复出信道的频率响应，是一种比较有效的插值算法，它可为分以下 11 几个步骤实现： （ 1）对得到导频信道响应 0 , 1 , , 1k k N进行 210 0 , 1 , , 1p pj k p p n H k e n N (11) （ 2）进行 0 补值 01201222 1 1 12n n n n N N N n N (12) （ 3）对所有子信道估计结果为 210 0 , 1 , , 1j k k G n e k N (13) 于低通滤波的变采样率插值 （ 算法 基于低通滤波的变采样率插值算法 （ 可以描述如下： （ 1）通过 算 * *p p Mh n I D F T H k I D F T H k(14) 式（ 43）中， * , 1, 1 , 0 , 1m L l l L m M (15) 下标 M 表示按 M 点的运算。 （ 2）然后对 可得到 * * ,H k R O R D F T H n l (16) 其中的 M 为导频数目， 数），且 17) 为整数， *p , 上述的算法描述的一个等价形式时把其中的 算互换，即先进行 进行 以证明，当信道的时域冲激相应 足 (18) 12 时，则插值精度只与计算精度有关，其中 1ss 19) 为采样频率。 5 数值仿真与结果分析 以上介绍了几种常用的插值算法及其误差来源，为了直观地比较它们，我们分别在无噪声精度、有噪声精度、算法的运算量三个方面作了数值仿真。 同时，为了客观地进行对比分析，对导频载波上的信道估计全部采用最小均方误差（ 计算法进行估计，只是在对数据载波上的估计时采用不同的插值算法。 数值仿真的数据条件： （ 1）子载波数目 2048； （ 2）信道的冲击响应抽头个数分别为 2,10N ，每个抽头系数均为零均值方差为 1 的复高斯变量； （ 3）插值倍数 2 : : 2 0F （基于 2 的次幂的 法）。 下面的数值仿真均以信道响应的 换结果（ 2048）： r e f 算出插值误差信号功率 2e r r r e H k H k(20) 用参考信号功率21) 作为衡量标准（单位为 噪声环境下的插值精度比较 图 3 中的 9 幅子图分别表示了当冲激响应长度为 2,10N 时，四种线性插值和两种滤波器插值方法的误差性能对照。之所以没有列出基于 插值算法的情形，是因为数值仿真证实了 法确实只与计算精度有关（在 不同 N 和 F ， 50上）。其中 别为一阶线性插值、插值滤波法和基于低通滤波的变采样率算法。从图中可以明显看出： （ 1）线性插值方法性能最差，其上限为 20右；基于低通滤波的变采样率算法其次，其上限为 50右；插值滤波法的性能稍好，其上限可以在 753 左右。 （ 2）基于滤波器的两种算法随着信道冲激响应时间的变长， 对线性插值算法影响不大。 0 50 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 2 , F = 5 9 N = 3 , F = 3 4N = 4 , F = 2 7 N = 5 , F = 2 40 50 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 0 100 150 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s a m p l eL i n e a 6 , F = 2 4 N = 7 , F = 1 7N = 8 , F = 2 4 N = 9 , F = 1 3 14 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200010203040506070插值倍数 n t e r pR e s am p in e 10,F = 10图 3 无噪声环境下的插值精度比较 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120- 1 00102030405060S N R ( d B )插值精度损失插值滤波法基于低通滤波的变采样率法一阶线性插值图 4 不同信噪比条件下的插值精度损失 15 噪声环境下的插值精度比较 为了更全面地对比插值算法的