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正交频分复用(OFDM)技术由于具有较好的抗多径衰落能力和较高的数据传输速率的优点,被普遍视为第四代移动通信技术中的核心技术。信道估计是其关键技术之一。本文重点研究了无线OFDM系统中基于导频的信道估计技术。
首先,本文介绍了OFDM技术的背景以及国内外的研究现状,对OFDM系统的特点及其现有的信道估计方法进行了总结。分析了移动无线信道的特性,并对OFDM系统的基本原理进行了系统阐述。
其次,研究了基于导频的信道估计算法。主要分析了最小平方(LS)估计算法、最小均方误差(MMSE)估计算法、线性最小均方误差(LMMSE)估计算法和基于奇异值分解(SVD)的估计算法。通过仿真比较LS和MMSE算法,可以看出MMSE比LS算法的估计精度高得多,但是MMSE算法复杂度较高,而LS算法简单。通过仿真比较LS、LMMSE和SVD算法,可以看出LMMSE的性能最好,在低信噪比时,SVD算法性能优于LS,在高信噪比时,LS算法性能优于SVD。
再次,研究了信道估计内插算法。分析了一阶线性内插、二阶内插和三次样条内插算法,并在不同的导频间隔下进行仿真比较,结果表明:一阶线性内插、二阶内插和三次样条内插算法的性能依次递增,其复杂度也依次变大。在此基础上,提出了一种改进的内插算法,改进的内插算法由于在线性内插后增加了一级低通滤波器,滤除了一部分噪声,从而提高了系统性能。
最后,研究了导频图案的设计问题。分析了导频插入间隔需满足的条件,插入数目引起的性能损失,以及导频图案分类。仿真比较了块状导频和梳状导频在不同信道条件下的信道估计性能,得出两种导频图案适宜的信道环境。研究了由于插入导频带来的开销(PR)的变化对系统性能的影响,得出了有关结论。提出一种改进的导频分布结构,将改进的导频分布结构与现有的两种分布方案(等间隔分布和集中分布)进行仿真性能比较,结果表明:在低信噪比时,改进的导频分布结构由于具有降噪的优点,性能最优;在高信噪比时,性能不如等间隔分布,但是仍然优于集中分布。