應用電子技術(shù)教育論文基于導頻的OFDM信道估計中插值的研究

)作為衡量標準（單位為dB）。5.1無噪聲環(huán)境下的插值精度比較圖3中的9幅子圖分別表示了當沖激響應長度為時，四種線性插值和兩種濾波器插值方法的誤差性能對照。之所以沒有列出基于FFT的插值算法的情形，是因為數(shù)值仿真證實了FFT算法確實只與計算精度有關(guān)（在MATLAB環(huán)境下測試結(jié)果為：對不同和，均在以上）。其中Llinear、Interp、Resample分別為一階線性插值、插值濾波法和基于低通濾波的變采樣率算法。從圖中可以明顯看出：（1）線性插值方法性能最差，其上限為左右；基于低通濾波的變采樣率算法其次，其上限為左右；插值濾波法的性能稍好，其上限可以在左右。（2）基于濾波器的兩種算法隨著信道沖激響應時間的變長，都迅速劣化，而對線性插值算法影響不大。圖3無噪聲環(huán)境下的插值精度比較圖4不同信噪比條件下的插值精度損失5.2有噪聲環(huán)境下的插值精度比較為了更全面地對比插值算法的性能，我們以沖激響應時長為，插值倍數(shù)的情形為例對噪聲對插值精度的影響進行了仿真實驗，結(jié)果如圖所示，其中的縱軸表示有噪聲時插值精度的損失（dB）。同圖3這里也沒有給出基于DFT（FFT）的插值算法情形，是因為其插值精度僅與噪聲功率有關(guān)，無對照性可言。從圖中可以看出：（1）線性插值本身的精度所造成的插值誤差遠大于噪聲所帶來的插值誤差；（2）雖然Resample的精度劣于Interp，但圖3顯示出Interp比Resample對噪聲的影響更為敏感（為了獲得與無噪聲條件下相當?shù)男阅埽琑esample只要求信噪比達到以上，而Interp則要求高達）；但另一方面，雖然按圖4，Interp在時，的條件下有近精度損失，但由于Interp在和的無噪聲條件下比Resample的精度高左右（由圖3），從而插值精度和Resample仍然相當，所以在時Interp算法比Resample更優(yōu)。但二者本質(zhì)上都是濾波器算法，圖3中也顯示了二者隨插值倍數(shù)增加誤差性能漸趨一致；只是Interp對原數(shù)據(jù)點作了適當補償，使之和原數(shù)據(jù)點一致，即在這些點處的噪聲沒有作處理，故而對噪聲敏感；而Resample則用了線性相位的線性均方FIR濾波器（其精度與階數(shù)有關(guān)，圖中均為10階）處理，不對原數(shù)據(jù)點作上述修正，所以其誤差略大同時受噪聲影響較小。（3）當，Interp誤差精度劣化左右，又由圖3，，時Interpr的無噪聲精度均在附近，而此條件下，F(xiàn)FT的誤差精度也只有左右，即此時二者的性能相當。5.3插值算法的運算量比較（1）算法運算的復雜度用每個子載波上的信道頻率響應所需要進行的乘法次數(shù)和加法次數(shù)衡量，各插值算法的計算復雜度見表１所列。表１插值算法的計算復雜度算法線性插值12二階插值32基于DFT的時域插值（2）FFT

算法運算量與插值倍數(shù)無關(guān)，因為FFT算法的運算量僅與FFT點數(shù)有關(guān)；Interp和Resample的運算量與插值倍數(shù)成指數(shù)增長；而對于線性插值，因為參與運算的數(shù)據(jù)量與插值倍數(shù)成倒數(shù)關(guān)系，故運算量是線性下降。（3）Interp的運算量在本文的實驗條件（）下均高于FFT法，而Resample則低于FFT法。但對運算量的絕對值需要指出的是，MATLAB給出的結(jié)果僅具參考意義，不能完整說明其效率的優(yōu)劣，因為其中的函數(shù)實現(xiàn)對某些系統(tǒng)不一定是最優(yōu)的。6結(jié)論本文通過數(shù)值仿真對基于導頻的OFDM系統(tǒng)信道估計中的幾種插值算法進行了對比分析，得出了以下結(jié)論：（1）線性插值算法僅對具有大致斜面特性的函數(shù)有效，不能用于本文所討論的OFDM系統(tǒng)的信道估計或類似的系統(tǒng)；（2）基于插值濾波的方法隨著無線信道中多徑效應的加劇和導頻數(shù)目的減少，其插值精度逐漸劣化。對于常見的無線環(huán)境，，此時為了達到以上的插值精度，要求，即：導頻數(shù)目不得小于子載波總數(shù)的十分之一；（3）FFT法在無噪聲條件下的插值精度僅與計算精度有關(guān)，在有噪聲條件下其誤差功率近似等于噪聲功率；（4）FFT必須嚴格保證FFT點數(shù)與導頻數(shù)目為整數(shù)倍關(guān)系且必須是等間隔分布，而基于插值濾波方法則沒有這個限制；（5）在某些信噪比條件下，F(xiàn)FT法與插值濾波法的誤差性能相當，甚至在低信噪比下劣于插值濾波法；（6）從運算量角度看，F(xiàn)FT法與插值倍數(shù)無關(guān)，即不隨導頻數(shù)的減少而變化，而插值濾波法則隨之指數(shù)增長。歸納起來，在高信噪比條件下FFT法優(yōu)于其它任何插值算法，但在某些信噪比條件下，低于插值濾波法，同時它嚴格要求插值倍數(shù)與子載波總數(shù)成整數(shù)倍關(guān)系，所以FFT法并不是最優(yōu)的，必須根據(jù)系統(tǒng)的信號環(huán)境決定采用哪種插值方法或合理設計導頻圖案。致謝本課題是在指導老師的精心指導下完成的。在整個研究過程中，得到了指導老師的全力支持和幫助。導師在學術(shù)上理論的淵博和對科學研究精益求精的工作態(tài)度與風格不但使我受益非淺，也深深地感染了我，在此對指導老師表示誠摯的感謝！同時也感謝本組同學在我做課題的過程中給予我的巨大幫助和鼓勵，還要特別感謝本班的一些同學在我寫論文期間給我提出的寶貴意見和關(guān)心支持。在此，對導師給我提供的良好學習和實驗環(huán)境致以真誠的謝意！參考文獻［1］彭鈴.OFDM系統(tǒng)中基于導頻的信道估計及其MATLAB仿真［J］.井岡山學院學報（自然科學），2008，29（2）［2］劉軍峰，馬海武.基于導頻符號的信道估計算法研究［J］.通信技術(shù)，2008，41（01）［3］李冬霞，王高虎，劉海濤.基于導頻的OFDM信道估計算法性能分析［J］.中國民航大學學報，2007，25（5）［4］張學毅，梁建華，周春臨.多帶OFDM超寬帶系統(tǒng)信道估計的研究［J］.通信技術(shù)，2008，41（07）［5］劉嵐，王蓬.基于MATLAB的移動通信信道建模與仿真［J］.中國科技論文在線［6］劉鈞雷，葉芳，朱琦.OFDM系統(tǒng)中基于導頻的信道估計［J］.重慶郵電學院學報，2004，16（4）［7］鄺育軍，樂光新.基于導頻的OFDM信道估計中幾種插值算法性能比較分析［J］［8］王躍.OFDM系統(tǒng)信道估計算法研究［J］.中國科技論文在線［9］沈若聘，李健.基于梳狀導頻的OFDM信道估計算法［J］.電力系統(tǒng)通信，2008，29（187）［10］韓丹夫，吳慶標.數(shù)值計算方法［M］.杭州：浙江大學出版社，2006［11］萬永革.數(shù)字信號處理的MATLAB實現(xiàn)［M］.北京：科學出版社，2007［12］ＣleveB.Moler［美］著，喻文健譯.MATLAB數(shù)值計算［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006［13］張寶剛，夏靖.OFDM的研究與仿真［J］.通信技術(shù)［14］蔣濤.OFDM系統(tǒng)中的信道估計技術(shù)［J］.四川師范大學學報（自然科學版），2007，30（1）［15］葉晟.基于導頻的OFDM系統(tǒng)信道估計［J］.中山大學研究生學刊（自然科學、醫(yī)學版），2007，28（2）

附錄信道模型的建立MATLAB程序functionrx_signal=channel(tx_signal,cir,sim_options);golbalsim_consts;rx_signal=zeros(1,size(tx_signal,2)+size(cir,2)-1);rx_signal=conv(tx_signal,cir);len=size(rx_signal,2);noise_var=64/52/(10^(sim_options.SNR/10))/2;noise=sqrt(nose_var)*(randn(1,len)+j*randn(1,len));end_noise=sqrt(n