(毕业论文 页数:21字数:9182)摘要:在无线信道环境下可靠、高速的数据传输是无线通信系统主要目标。信道估计是进行相干检测、解调和均衡的基础，它对OFDM（正交频分复用）技术实现高速率的数据通信起着至关重要的作用。OFDM是实现无线通信的关键技术之一，针对OFDM通信系统特点, 本文对其信道估计技术进行研究,介绍了基于导频的OFDM 系统的基本信道估计方法，并给出典型估计方法的比较与计算机仿真；在此基础上对今后的研究方向进行了概括的描述。
关键词：信道估算；正交频分（OFDM）系统；IEEE802.11a
Research on OFDM Channel Estimation Algorithm for WLAN
Abstract
The target and requirement of wireless communication technology are to transmit data fast and reliably. Channel estimation is the basis of coherent detection, demodulation and channel equalization. And it is also very important for OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) technique to realize data communication at high speed. OFDM is one key technology in wireless communication. Considering the characteristics of OFDM communication system, this paper analyzes the channel estimation methods, discusses basic pilot-aided channel estimation methods, and provides comparisons of some typical channel estimation methods and their computer simulation results. In the end, future research directions are summarized.
Key words: Channel estimation; OFDM system; IEEE802.11a
目录
1 OFDM基本原理综述 1
1.1引言 1
1.2 OFDM发展历史及现状 1
1.3 OFDM的技术特点 2
2 OFDM系统及应用 3
2.1 OFDM保护间隔和循环前缀的加入 3
2.2 无线信道的多径衰落 3
2.3 OFDM系统模型 4
2.4 OFDM的几种典型应用 4
2.4.1 OFDM在IEEE802.11a标准下WLAN中的应用 4
2.4.2 OFDM在数字音频广播中的应用 5
3 OFDM的信道估计技术 5
3.1 信道估计技术介绍 5
3.1.1信道估计的意义 5
3.1.2 信道估计的分类 6
3.1.3信道估计的数学表示式 6
3.2 导频插入 7
3.3 信道估计算法 8
3.3.1最小二乘估计LS 8
3.3.2 线性最小均方误差LMMSE和低阶LMMSE（LR-LMMSE） 9
4 仿真分析 9
4.1 系统仿真参数设计 9
4.2 仿真结果分析 10
结束语 12
参考文献 13
致 谢 14
声 明 15
附 录 16
1 OFDM基本原理综述
1.1引言
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用)技术的提出已有40余年的历史，但是由于其对子信道正交性的要求非常严格，一开始并没有得到很好应用。近年来由于数字信号处理（DSP）等技术的飞速发展，在应用于WLAN（Wireless Local Area Network无线局域网 ）等系统中时，OFDM技术可以有效地消除信号多径传播所造成的ISI（符号间干扰）问题。此外OFDM技术已经成功的用于非对称数字用户环路（ASDL）、无线本地环路（WLL）、数字音频广播（DAB）、高清晰度电视（HDTV）中。此外还可以和CDMA，MIMO(Multiple Input Multiple Output )多输入多输出)等技术相结合，发挥出各自的技术优点。
OFDM是一种特殊的多载波传输方式，它允许子信道的频谱互相重叠，可以最大限度的利用频谱资源。对于使用连续调制方法的OFDM系统，要想进行正确的解调就必须采用信道估计。同时使用信道估计算法，增进对该信道的了解，也能改善采用非相干调制方案的OFDM系统性能。研究OFDM通信系统的信道估计算法可以增强对系统中子信道的理解，使系统估计误差尽可能的小，并找出相对简单的数学公式。从而使OFDM通信系统传输的数据尽可能多，尽量快，同时产生的差错尽量小。
1.2 OFDM发展历史及现状
正交频分复用（OFDM）作为一种多载波调制技术 ,具有频谱利用率高、抗频率选择性衰落和抗窄带干扰等优点。它最早起源于20世纪50年代中期，在60年代就形成了使用并行数据传输和频分复用的概念。1970年首次公开发表了有关OFDM的专利。
在传统的并行数据传输系统中，整个信号频段被划分N个互相不重叠的频率子信道。每个子信道传输独立的调制符号，然后将N个子信道进行频率复用。这种避免信道频谱重叠的方法虽然有利于消除信道间干扰，但不能有效的利用频谱资源。为了解决这种低效利用频谱资源的问题，在20世纪60年代提出了一种思想，即使用子信道频谱互相覆盖的并行数据传输方案的OFDM技术，从而可以充分利用频谱资源。
早在20世纪60年代，OFDM技术就已经应用到多种高频军事系统中，但是直到20世纪80年代中期，随着欧洲数字音频广播（DAB）方案中采用OFDM，该方法才开始受到关注并得到广泛应用。
20世纪80年代以来，OFDM已经在数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、基于IEEE802.11a标准的无线本地局域网（WLAN）和有线电话网上基于现有铜双绞线的非对称高比特数字用户线技术（例如ADSL）中得到了应用。其中大都利用OFDM可以有效地消除时间弥散所造成的符号间干扰（ISI）的这一特点。
此外OFDM还易于结合空时编码、分集、干扰（包括ISI和ICI）抑制以及智能天线等技术，最大限度地提高物理层信息传输的可靠性。若结合自适应调制、编码、动态子载波分配、动态比特分配等技术，可使其性能进一步优化。
1.3 OFDM的技术特点
OFDM系统之所以近年来越来越得到人们的广泛关注，其原因在于该系统存在着以下优点：
（1） 将高速数据流通过串并变换使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,并插入循环前缀,有效地减少甚至消除由于无线信道的时间弥散所带来的符号间的干扰( ISI),减小了均衡的复杂度
（2） 传统的频分多路传输中，将频带分为若干互不相交的子频带传输并行数据流，接收端用一组滤波器分离子信道。这种方法频带利用率低，且多个滤波器不易实现。在OFDM系统中，由于各子载波间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，而且接收端需要的滤波器数目也大大减少，这样不仅最大限度的利用了频谱资源，接受端也更容易实现。
（3） 无线数据业务一般都存在非对称性。OFDM系统可以很容易的地通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路的不同传输速率。
（4） OFDM系统可以容易地与其它多种接入方法相结合使用，包括跳频OFDM系统、MIMO-OFDM、OFDM-TDMA，等等。使多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息传递。
同时与传统载波系统相比，OFDM系统也存在以下缺点：
（1） 由于信道的频谱相互覆盖，这就要求各子信道之间有较高的正交性。然而由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，这会使OFDM系统子载波之间 的正交性遭到破坏，从而导致子信道间信号的相互干扰（ICI），
（2） 和单载波相比存在较高峰值平均功率比的问题，由于多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率，导致出现较大的峰值平均功率比（PRA）。这样就要求发射机内放大器的动态范围较大，若不能满足信号的变化，就会使信号产生畸变，破坏各子信道之间的正交性，从而使系统性能恶化。
2 OFDM系统及应用
2.1 OFDM保护间隔和循环前缀的加入
首先介绍ISI（符号间干扰），数据在传输过程中，由于时延扩展，接收信号中的一个符号的波形会扩展到其他符号当中，从而造成符号之间的相互干扰。
OFDM将串行的高速数据流分成并行低速数据流，因此码元宽度变宽，在码元宽度大于多径时延的情况下，可以有效的消除ISI，但是如果多径时延很长，还是有残余的ISI，为了彻底消除ISI，OFDM在两个符号之间加了保护间隔GI（Guard Interval），并且该保护间隔长度一般要大于无线信道中的最大时延扩展。
然而这种情况下由于多径传播的影响，各子载波之间的周期之差很可能不再为整数，也就是说个子载波之间的正交性被破坏，从而就会产生载波间干扰（ICI）。为了既利用保护间隔消除ISI，又不人为引入ICI，就把每个符号末尾