OFDMA系统信道估计算法研究

　　正交频分多址接入（OFDMA）是以正交频分复用（OFDM）为基础的多用户接入技术，具有高的频谱利用率，大的用户容量和系统覆盖范围，并能有效地抵抗多径衰落，已被列入4G无线通信系统的可能解决方案。本文以OFDMA系统为研究背景，无线多径信道为传输环境，研究了OFDMA 系统的信道估计技术。首先研究了几种基于导频的频域信道估计算法，进行了性能仿真和分析。紧接着搭建了本论文的物理层仿真平台，给出OFDMA系统帧结构和物理层参数，并重点研究了一种基于训练序列的时域信道估计算法，该序列采用丑序列，其自相关函数是一个冲激函数，不同用户发送的训练序列之间互相关函数的绝对值是一个常数并且满足数学低门限。信道估计采用接收训练序列和本地训练序列的时域相关，利用训练序列理想的自相关性得到信道的时域冲激响应估计。进行了性能仿真并与之前研究的频域算法性能相对比。与频域算法相比，这种时域信道估计算法可以获得较好的误比特率性能。

　　正交频分复用技术本质上是一种频分复用技术。频分复用（FDM）技术早在19 世纪就已经被提出，它把可用带宽分成若干相互隔离的子频带，同时分别传送一路低速信号（如电报），从而达到信号复用的目的。各子载波上的被调制数据可以来自同一信号来源，也可以来自不同信号来源。这种传统的多载波传输方式复杂性比较高，因为各子频带之间必须有足够的间隔，从而避免经过信道后发生频谱混叠，所以频谱效率通常很低。但是在这种并行传输机制下，因为各子载波上的数据速率较低，相应的信号码元符号周期较长并远大于信道的最大时延扩展，从而可以有效的减小由于信道单位时延扩展引起的符号间干扰问题。为了提高FDM技术的频谱效率，G．A．Doelz等【2】在20世纪50年代提出了鼬neplex系统。该系统的设计目标是在严重多径衰落高频无线信道中实现数据传输。系统使用了20个子载波，使用差分QPSK调制，且实现方式几乎和现代的OFDM一样，相邻子载波间的间隔近似等于子载波的符号速率，从而保证各个子载波的频谱相互重叠，但又是正交的，于是可以大大地提高频谱利用率，但系统仍采用了传统的多载波调制系统实现方式。随后的多载波系统【3】也是利用类似的技术提高频谱利用率。以上系统中的子载波频谱没有经过滤波，各子载波频谱形状均为siIl（∽／．厂函数形式。为了限制系统频谱，R．W．Chang等分析了多载波通信系统中如何使经过滤波、带限的子载波保持正交14J。随后S．B．wbinstein和P．M．Ebert提出了使用离散傅立叶变换（DFT） 实现多载波的基带调制和解调【5】，这样便不再对每个子载波都使用模拟前端，从而大大地降低了多载波系统的复杂度，为OFDM符号的演进作出了巨大的贡献。另外 W．eimtein等提出了通过插入一段空白区最为保护间隔来消除符号间干扰，但这种办法不能保证信号经过色散信道后各子载波仍保持正交性，为此，A．Peled和A． Ruiz提出了采用循环前缀（CP）的方法保证信号经过色散信道后仍然保持各子载波间的正交性。至此，现代OFDM的概念便形成了。1985年Cimini把OFDM的概念引入蜂窝移动通信系统17J，为无线OFDM系统的发展奠定了基础。 OFDM技术具有良好的抗多径能力，从而受到大量的关注。

　　目前OFDM作为核心技术已被多种有线和无线接入标准采纳：

　　（1）ADSL，被广泛用于提高铜双绞电缆用户的接入能力；

　　（2）在无线局域网领域的IEEE802．11 a、HIPERLAN-2；

　　（3）欧洲数字音频广播（DAB）和数字视频广播（DVB）；

　　（4）无线城域网标准IEEE802．16a等等。