OFDMA系統(tǒng)信道估計(jì)算法研究

　　正交頻分多址接入（OFDMA）是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為基礎(chǔ)的多用戶接入技術(shù)，具有高的頻譜利用率，大的用戶容量和系統(tǒng)覆蓋范圍，并能有效地抵抗多徑衰落，已被列入4G無(wú)線通信系統(tǒng)的可能解決方案。本文以O(shè)FDMA系統(tǒng)為研究背景，無(wú)線多徑信道為傳輸環(huán)境，研究了OFDMA 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)。首先研究了幾種基于導(dǎo)頻的頻域信道估計(jì)算法，進(jìn)行了性能仿真和分析。緊接著搭建了本論文的物理層仿真平臺(tái)，給出OFDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)和物理層參數(shù)，并重點(diǎn)研究了一種基于訓(xùn)練序列的時(shí)域信道估計(jì)算法，該序列采用丑序列，其自相關(guān)函數(shù)是一個(gè)沖激函數(shù)，不同用戶發(fā)送的訓(xùn)練序列之間互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值是一個(gè)常數(shù)并且滿足數(shù)學(xué)低門限。信道估計(jì)采用接收訓(xùn)練序列和本地訓(xùn)練序列的時(shí)域相關(guān)，利用訓(xùn)練序列理想的自相關(guān)性得到信道的時(shí)域沖激響應(yīng)估計(jì)。進(jìn)行了性能仿真并與之前研究的頻域算法性能相對(duì)比。與頻域算法相比，這種時(shí)域信道估計(jì)算法可以獲得較好的誤比特率性能。

　　正交頻分復(fù)用技術(shù)本質(zhì)上是一種頻分復(fù)用技術(shù)。頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)早在19 世紀(jì)就已經(jīng)被提出，它把可用帶寬分成若干相互隔離的子頻帶，同時(shí)分別傳送一路低速信號(hào)（如電報(bào)），從而達(dá)到信號(hào)復(fù)用的目的。各子載波上的被調(diào)制數(shù)據(jù)可以來(lái)自同一信號(hào)來(lái)源，也可以來(lái)自不同信號(hào)來(lái)源。這種傳統(tǒng)的多載波傳輸方式復(fù)雜性比較高，因?yàn)楦髯宇l帶之間必須有足夠的間隔，從而避免經(jīng)過(guò)信道后發(fā)生頻譜混疊，所以頻譜效率通常很低。但是在這種并行傳輸機(jī)制下，因?yàn)楦髯虞d波上的數(shù)據(jù)速率較低，相應(yīng)的信號(hào)碼元符號(hào)周期較長(zhǎng)并遠(yuǎn)大于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，從而可以有效的減小由于信道單位時(shí)延擴(kuò)展引起的符號(hào)間干擾問(wèn)題。為了提高FDM技術(shù)的頻譜效率，G．A．Doelz等【2】在20世紀(jì)50年代提出了鼬neplex系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在嚴(yán)重多徑衰落高頻無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)使用了20個(gè)子載波，使用差分QPSK調(diào)制，且實(shí)現(xiàn)方式幾乎和現(xiàn)代的OFDM一樣，相鄰子載波間的間隔近似等于子載波的符號(hào)速率，從而保證各個(gè)子載波的頻譜相互重疊，但又是正交的，于是可以大大地提高頻譜利用率，但系統(tǒng)仍采用了傳統(tǒng)的多載波調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。隨后的多載波系統(tǒng)【3】也是利用類似的技術(shù)提高頻譜利用率。以上系統(tǒng)中的子載波頻譜沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波，各子載波頻譜形狀均為siIl（∽／．廠函數(shù)形式。為了限制系統(tǒng)頻譜，R．W．Chang等分析了多載波通信系統(tǒng)中如何使經(jīng)過(guò)濾波、帶限的子載波保持正交14J。隨后S．B．wbinstein和P．M．Ebert提出了使用離散傅立葉變換（DFT） 實(shí)現(xiàn)多載波的基帶調(diào)制和解調(diào)【5】，這樣便不再對(duì)每個(gè)子載波都使用模擬前端，從而大大地降低了多載波系統(tǒng)的復(fù)雜度，為OFDM符號(hào)的演進(jìn)作出了巨大的貢獻(xiàn)。另外 W．eimtein等提出了通過(guò)插入一段空白區(qū)最為保護(hù)間隔來(lái)消除符號(hào)間干擾，但這種辦法不能保證信號(hào)經(jīng)過(guò)色散信道后各子載波仍保持正交性，為此，A．Peled和A． Ruiz提出了采用循環(huán)前綴（CP）的方法保證信號(hào)經(jīng)過(guò)色散信道后仍然保持各子載波間的正交性。至此，現(xiàn)代OFDM的概念便形成了。1985年Cimini把OFDM的概念引入蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)17J，為無(wú)線OFDM系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 OFDM技術(shù)具有良好的抗多徑能力，從而受到大量的關(guān)注。

　　目前OFDM作為核心技術(shù)已被多種有線和無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)采納：

　?。?）ADSL，被廣泛用于提高銅雙絞電纜用戶的接入能力；

　?。?）在無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域的IEEE802．11 a、HIPERLAN-2；

　?。?）歐洲數(shù)字音頻廣播（DAB）和數(shù)字視頻廣播（DVB）；

　?。?）無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802．16a等等。