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基于MATLAB平台的不同信道环境下OFDM系统信道估计算法研究

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第一章 绪论

1.1 移动通信的发展状况

1.1.1 移动通信系统的发展历史

1.1.2 第四代移动通信系统技术特点

1.2 OFDM技术应用的现状和发展

1.3 OFDM信道估计的研究背景和意义

1.4 本文主要工作及章节安排

第二章 无线衰落信道

2.1 无线移动通信系统的信道特征

2.1.1 大尺度衰落

2.1.2 阴影衰落

2.1.3 小尺度衰落

2.2 移动多径衰落信道的参数及分类

2.2.1 频率选择性衰落相关参数

2.2.2 时间选择性衰落相关参数

2.2.3 移动多径衰落信道的分类

2.3 移动多径衰落信道建模

2.3.1 衰落信道的统计模型

2.3.2 多径Rayleigh信道建模

2.3.3 WiMAX信道建模

2.3.4 UWB信道建模

2.4 本章小结

第三章 OFDM系统原理及其关键技术

3.1 OFDM系统的基本原理及实现过程

3.1.1 OFMD系统的基本原理

3.1.2 串并变换

3.1.3 OFDM系统的连续时间表达式

3.1.4 OFDM系统得离散时间表达

3.1.5 保护间隔与循环前缀

3.1.6 带外功率辐射及加窗技术

3.2 OFDM系统的技术特点

3.3 OFDM系统中的关键技术

3.4 本章小结

第四章 基于导频辅助的信道估计研究与实现

4.1 导频符号的插入

4.1.1 导频符号间隔的选取

4.1.2 导频符号插入方式

4.2. 信道估计模型

4.3 信道估计算法

4.3.1 最小平方准则(LS)

4.3.2 最小均方准则(MMSE)

4.3.3 改进的线性最小均方估计器(LMMSE)

4.3.4 改进的基于奇异值分解的低阶近似信道估计算法(Lr—LMMSE)

4.4 OFDM系统中消除ICI的均衡技术

4.4.1 OFDM系统中ICI生成的分析

4.4.1 迫零(ZF)均衡算法

4.4.2 最小均方误差(MMSE)均衡算法

4.5 本章小结

第五章 OFDM系统信道估计算法仿真分析

5.1 OFDM系统仿真平台的搭建

5.1.1 系统基本结构模块介绍

5.1.2 系统仿真框图

5.1.3 参数选择

5.2 不同形式导频符号在系统应用中的性能比较分析

5.2.1 系统仿真

5.2.2 仿真结果及分析

5.3 重要系统参数对系统性能的影响研究

5.4 在不同信道环境下信道估计算法的性能比较与分析

5.4.1 瑞利信道下信道估计算法仿真分析

5.4.2 WiMAX信道下信道估计算法仿真分析

5.4.3 UWB信道下信道估计算法仿真分析

5.5 本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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摘要

自20世纪80年代以来,无线通信技术得到了迅猛发展和广泛应用,第三代通信系统已经在全球范围内成熟并进入商用阶段,紧随其后,第四代通信系统也进入了试用阶段,以实现更高的频谱利用率、更丰富的业务接入能力、更灵活的宽带分配方法为目的。其中OFDM技术因其较高的频谱利用率以及抗多径衰落的能力,被视为第四代无线通信系统的核心技术,不但在广播式数字音频和视频领域得到了广泛的应用,而且已经成为了无线局域网标准的一部分。
   正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术是一种特殊形式的多载波调制技术,其关键技术包括时域和频域同步、信道估计、信道编码和交织、降低峰值平均功率比和均衡。其中信道估计是OFDM系统很关键的一个组成部分,信道估计的准确度直接决定了整个系统的传输准确性。本文是针对OFDM系统中的信道估计算法进行了研究。
   本文首先回顾了OFDM技术的发展历史,然后分别对无线信道模型和OFDM系统的基本原理进行了系统阐述,在此基础上,本论文主要讨论了OFDM系统基于导频训练序列的信道估计算法在不同信道环境下的性能表现。首先研究了块状导频以及梳状导频的性能区别,以及它们所适用的信道环境,接着研究了基于导频插入的信道估计算法:最小平方(LS)算法和最小均方误差(MMSE)算法,并细致分析了MMSE算法的改进算法:线性最小均方误差(LMMSE)算法和基于奇异值分解的低阶近似算法,通过数学推导详细阐述了两种算法的优点。根据OFDM系统原理在计算机仿真环境中搭建了完整的OFDM基带系统平台,为了能真实的表现信道估计算法的性能,并分别建立基于JAKE模型的瑞利慢衰落信道模型,以及第四代通信系统模型中具有很高研究意义的WiMAX系统和UWB系统的快衰落信道模型,最后在该系统平台上验证了各算法在特定信道环境和导频插入情况下的性能差异,并进行了详细的原理分析说明,并验证了改进算法的优异性。

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