毕业设计（论文）-毕业设计（论文）-基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析

OFDM Receive Spectrum, Phase20015010050Phase (degrees)0-50-100-150-2000100200300400500FFT Bin6007008009001000 图3.1.3(b)接收到的OFDM信号相位谱

图3.1.4 时延扩展超过循环前缀对星座点的影响仿真图

3.2 OFDM系统的峰值平均功率比

OFDM系统一个主要缺点就是峰均功率比过高。OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样合成信号有可能产生比较大的峰值功

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率，由此带来较大的峰值平均功率比，简称峰均Hfi(PAR)。与单载波系统相比，OFDM发射机的输出信号的瞬时值会有较大的波动。这要求系统内的一些部件，例如功率放大器、A/D、D/A转换器等具有很大的线性动态范围。而反过来，这些部件的非线性也会对动态范围较大的信号产生非线性失真，所产生的谐波造成信道间的相互十扰，从而影响OFDM系统的性能。定义峰均比如下：

maxxnnPAR?dB??10lg?? (3.1)

E?x?22其中，xn表示经过IFFT运算之后的OFDM信号：

1 xn?NnkXW?kN （3.2） k?0N?1 对OFDM系统来说，当N个子信号都以相同的相位求和时，所得到信号的

峰值功率在极限情况下是平均功率的N倍，因而基带信号的峰均比为

PRP?10lgN，例如N=1024的情况中，PAR=30.1dB。当然OFDM系统内的峰

均比通常不会达到这一数值。实际的OFDM传输系统中，峰均比抑制是制约OFDM技术应用的一个主要瓶颈。抑制峰均比的技术主要包括信号预畸变技术、编码技术和非预畸变技术等。

3.3信道估计

3.3.1信道估计概述

无线通信系统的性能受到无线信道的制约。无线信道的特性如前面所介绍，发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播到遭受各种复杂的地貌如建筑物、山脉和森林等影响的传播。此外，无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而且无线信道具有很大的随机性，这导致接收信号的幅度、相位和频率失真，难以进行分析。这些问题对接收机的设计提出了很大的挑战，因此在接收机中，信道估计器是一个很重要的部分。OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择，因为无线信道的时变特性，需要接收机不断对信道进行跟踪，所以导频信息必须不断的传送；二是既有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器设计，在确定导频发送方式和信道估计准则

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条件下，寻找最佳的信道估计器结构。

信道估计从大的角度可以分为非盲估计和盲估计以及在此基础上产生的半盲估计。非盲估计是指在估计阶段首先利用导频来获得导频位置的信道信息，然后为获得整个数据传输阶段的信道信息做好准备，它的一个好处是应用广泛，几乎可以用于所有的无线通信系统。同时，它的缺点也显而易见，导频信息占用了信息比特，降低了信道传输的有效性，也浪费了带宽。盲估计是指不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获得信道的估计值，这与传统的非盲信道估计技术相比，盲信道估计技术使系统的传输效率大大提高，但是由于盲信道估计算法运算量较大，收敛速度较慢，灵活性比较差，阻碍了它在实际系统中的应用。因此出现了半盲信道估计，它在数据传输效率和收敛速度之间做一个折中，采用较少的训练序列来获得信道的信息。基于OFDM的新一代无线通信系统中，由于传输速率较高，需要使用相干检测技术获得较高的性能，因此通常使用非盲估计获得较好的估计效果，这样可以更好的跟踪无线信道的变化，提高接收机性能。本文所研究的信道估计方法也是基于导频的信道估计。 3.3.2基于导频的信道估计方法

基于导频信道的方法是在系统中设置专用导频信道来发送导频信号。由于OFDM系统具有时频二维结构，所以采用导频符号辅助信道估计更加灵活。所谓的基于导频符号的信道估计是指在发送端的信号中的某些位置插入接收端己知的符号或序列，接收端利用这些信号或序列受传输信道衰落影响的程度，再根据某些算法来估计信道的衰落性能，当然也可以用MMSE和LS算法，这一技术叫作导频信号辅助(PSAM)。在各种衰落估计技术，PSAM是一种有效的技术，在单载波系统中，导频符号或序列只能在时间方向上插入，在接收端提取导频信号估计信道的冲击响应。但是在多载波系统中，导频信号可以在时间和频率两个方向上插入，在接收端可提取导频信号估计信道的传递函数。只要导频信号在时间和频率方向上间隔对于信道带宽足够少，就可以采用二维内插滤波的方法来估计传递函数，当然也可以采用分离的一维估计。

OFDM系统中常用的导频信号分布方法有导频信号块状分布、梳状分布和星状分布三种。

考虑到实现的复杂度，信道估计准则选用LS估计准则。

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3.3.3信道的插值方法

插值方法有常值内插、线性内插和DFT插值，常值内插一般用在块状导频结构中，是比较简单的插值方法，本文接下来就来讨论LS算法下不同插值方式下对信道的估计；

首先线性内插是最简单也是最传统的内插方法之一，它利用两个导频信号来进行内插估计。

时间方向的线性内插的公式为：

H(k,l)?H(k,m?T?n)?(1? (3.3) nn)Hp(k?p,m)?HP(k?p,m?1),?k???T?T其中0?n??T?1 , m?T?l?(m?1)?T。同理，可以得到频率方向的一阶线性内插的公式为：

H(k,l)?H(p?p?q,l)

?(1? (3.4) qq)Hp(p,l?T)?HP(p?1,l?T),?k???p?p ,

其中

0?q??p?1p?p?k?(p?1)?p。

其次是DFT插值，由于信道冲击响应与信道传输函数是傅氏变换对，内插可以利用DFT的性质。但是DFT插值一般用在基于梳状导频的结构中设信道冲击向为

h?[h(0)，h(1)，…h(L?1)，0，0…0]N?1。

信道的传输函数为：

H(m)?1h(n)e?Nn?0N?1?j2?mnN?1h(n)e?Nn?0L?1?j2?mnN m?0,1,......N?1

(3.5)

取整数M?L，且N是M的整数倍，对信道传输函数在频．率方向以N/M为 间隔进行抽取，得到其中的元素是：

N1H(p)?MN?h(n)en?0N?1?j2?NPnNM?1h(n)e?Nn?0N?1?j2?PnN

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