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基于导频的OFDM系统设计 摘要：OFDM是由多载波调制发展而来。文章分析了OFDM系统模型，简洁分析了OFDM的关键技术。最终对OFDM系统进行了MATLAB仿真。 关键字：OFDM 信道估计 插值算法 MATLAB仿真 中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1017-941605-0020-02 1、概述 OFDM1是由多载波调制发展而来。它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、困难性方面有很强的竞争力，下一代宽带无线接入系统也采纳了OF D M作为其调制技术。目前OFDM技术已被广泛应用于欧洲数字音频广播标准( DAB ) 、数字广播电视标准( DVB ) 、无线局域网、宽带无线接入等系统中。并成为4G无线通信系统的最有竞争力的解决方案之一。 新一代移动通信要求能牢靠地传输高速数据，实现语音、数据、图像通信，无线移动信道具有频率和时间选择性衰落特性，造成信息传输中的符号间干扰，无码特性变差。采纳OFDM调制，将宽频带的衰落信道变为相互正交的窄带信道，在每个窄带信道上，信道呈现平稳慢衰落特性。因此信道估计对OFDM传输系统特别重要。 2、OFDM系统模型 OFDM系统模型2如图1所示，设OFDM符号的频域表示为X(k)，其中k=0，1，N-1，表示第k个子信道上的数据。在发送端对进行IFFT变换，并且插入循环前缀，形成时域信号，然后进入多径信道进行传输，在接收端则进行相反操作。 对OFDM系统作如下假设：(1)信道的最大时延爱护间隔，也就是信道FIR滤波器的最大抽头数g循环前缀的符号数；(2)系统有良好的同步；(3)信道准静态，即一个OFDM符号帧内，可以认为信道不变。在上述假设下，设在接收端进行FFT变换后的信号为Y=Y(0),Y(1), ,Y(N-1)，则有： Y=XFh+N=XH+N Y(k)= X(k) H(k)+ N(k) 其中X表示以X(k)为对角线的对角矩阵，N信道中高斯白噪声的频域表示，F为N点DFT变换矩阵。 探讨方案 2.1信道估计算法 2.1.1导频分布结构 导频分布结构3通常有两大类：块状导频分布和梳状导频分布。块状分布是指导频在时域周期性的安排给OFDM符号，这种导频分布模式适用于慢衰落的无线信道。由于在一个OFDM符号的全部子载波上都有导频，所以在频域无需插值，因此这种导频分布模式对频率选择性衰落相对不敏感。梳状分布是指导频在每个块中是匀称分布的，这种模式在时域上是连续估计的，所以它具有很强的抗快衰落实力，但是因为部分特定的子载波上才携带导频，数据子载波上的信道频响须要通过对相邻导频子载波上的信道响应插值而得到，所以梳状导频相对于块状导频而言对频率选择性衰落更为敏感。两种导频的分布如图2和图3所示。本文主要采纳基于块状的导频分布。 2.1.2基于块状导频信号的信道估计算法4 (1)基于块状导频信号的LS信道估计算法。LS算法就是在不考虑噪声的条件下，估计信道的冲击响应，使代价函数最小。LS算法的估计式为： (2)基于块状导频信号的LMMSE信道估计算法。LMMSE信道估计算法对于ICI和高斯白噪声有很好的抑制作用，它是在LS估计的基础上进行的，估计式为： 式中表示导频子信道的自相关函数， 表示高斯白噪声的方差。 LS算法的估计式简洁，不须要很困难的计算，但在性能要求很高的环境下效果不理响；而MMSE算法是通过导频位置获得的信道信息复原出全部时刻信道信息的最优准则，但计算困难度很高。本文主要采纳LMMSE信道估计算法。 2.1.3插值算法 (1)线性插值法。线性插值2是最简洁的插值方法之一，是利用两个相邻导频位置上的信道估计值，通过内插得到两个导频之间的数据载波位置的信道响应，算法如下： 其中，和是已经估计出来的导频符 号处的信道响应，是数据符号处的信道响应。 二阶插值法和cubic插值法与线性插值法类似，都是利用已有数据得到插值曲线。 (2)基于FFT的时域插值法。基于FFT的时域插值是一种比较有效的插值法，主要是基于信号处理过程中在时域补零等效于在频域进行内插的原理来复原出信道的频率响应。 基于FFT时域插值法更适用于移动衰落信道，且算法简洁易实现，可以对实际信道响应进行较为精确的估计，系统误码率较低，系统性能提高，有很好的的应用前景，所以本文采纳基于FFT时域插值法。 2.2系统设计 OFDM系统主要采纳基于块状导频信号的LMMSE信道估计算法以及基于FFT时域插值法。主要系统参数为：并行信道的个数为128，运用的载波数为128，每次循环中OFDM码元的个数为6，符号速率为25KHZ，运用QPSK调制，128点FFT变换,爱护间隔长度为32。 3、OFDM系统的MATLAB仿真 主程序主要分为以下几个部分：产生信源数据，产生OFDM信号，OFDM信号通过噪声信道，接收端的OFDM信号的复原，系统性能的评价。 4、仿真结果 5、结语 本文首先分析了OFDM系统中基于块状导频的LS和LMMSE信道估计算法和插值算法，并从中选择了适合的算法用于OFDM系统。在OFDM仿真模型的基础上用MATLAB语言编写了完整的OFDM系统程序，并在仿真基础上对子载波采纳QPSK调制方式下的性能进行了分析。 参考文献 1 基于导频的OFDM系统信道设计J.山西电子技术,2022年第1期. 2 OFDM系统中基于导频的信道估计算法分析J.成都信息工程学院学报,2022.23(4). 3 OFDM系统的导频信道估计方法的设计与性能分析J.电子测试,2022.4,第4期. 4 基于导频的OFDM信道估计技术探讨J.科技创新导报,2022,7 5 OFDM的探讨与仿真J.通信技术学术探讨. 6 基于MATLAB的OFDM系统仿真J.临沧师范高等专科学校学报,2022.6,17 7 陶亚雄.现代通信原理与技术M.北京:电子工业出版社,2022 作者简介 1马越超，女，硕士探讨生，主要探讨方向为信号与信息处理。 2吕达，男，高校本科，主要探讨方向为自动限制。 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读” 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页
