基于IEEE 802.16e的OFDMA系统信道估计算法研究

摘要

随着信息产业的飞速发展，通信技术和计算机技术的融合已成为必然趋势，因特网的普及加速了这两种技术的融合，使得全球通信产业呈现出移动化、宽带化、IP化的趋势。基于IEEE802.16e的移动WiMAX技术的出现正好迎合了这样的发展趋势，该技术采用了OFDMA作为其物理层调制和接入方式。IEEE802.16e的物理层实现方式与802.16d基本一致，主要差别是对OFDMA进行了扩展，可以支持2048点、1024点、512点和128点，以适应不同地理区域从1.25～20MHz不同载波带宽的需要。因此，802.16e不仅具备802.16d的性能，而且具备移动、切换等功能。由于无线通信环境恶劣，如何对OFDMA系统进行有效的信道估计是无线宽带接入技术的难题之一。本文在IEEE802.16e物理层标准的基础上研究及实现OFDMA信道估计算法。
　　 首先介绍论文研究背景、基础知识以及国内外研究现状，包括IEEE802.16协议标准和OFDMA技术。针对OFDMA技术信道估计问题，讨论了信道估计的分类和常用信道估计方法。
　　 其次介绍了无线移动系统信道模型的特点和分类，详细描述了大、小尺度衰落模型的建模，仿真实现平坦衰落信道建模的Jakes仿真器。再根据ITU R-M.1225提议，建立了适合IEEE802.16e的无线移动信道模型VA、PB。
　　 第三，着重介绍移动WiMAX下行OFDMA系统物理层仿真平台的总体结构和各模块的具体设计，详细分析了体现OFDMA技术优势的子载波分配技术和下行OFDMA发送流程，并在MATLAB仿真软件中进行验证。
　　 第四，重点讨论基于导频辅助的信道估计技术在IEEE802.16e OFDMA系统的应用。先详细分析下行PUSC子载波的簇结构导频模式，将常用的信道估计方法和内插方法应用于移动WiMAX系统。再采用了基于簇结构导频先时域后频域的二维信道估计方法。仿真结果表明考虑了导频二维特性的算法具有较优的性能。
　　 最后讨论在FPGA中实现基于簇结构导频的信道估计算法。在这一部分中，首先简要介绍了两大FPGA生产厂商的WiMAX解决方案。然后在Altera公司的QuartusⅡ开发环境上设计信道估计的电路模块，详细地介绍了本地导频产生、内插(时域和频域)、均衡模块。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1 WiMAX简介

1.2移动WiMAX和OFDMA技术

1.2.1 IEEE 802.16的协议标准

1.2.2 OFDMA技术

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要工作

2无线移动信道模型分析

2.1无线信道分类

2.2无线信道建模

2.2.1大尺度衰落信道建模

2.2.2小尺度衰落信道建模

2.3 ITU信道模型

2.3.1路径损耗模型

2.3.2信道脉冲响应模型

2.4本章小结

3基于IEEE 802.16e的OFDMA系统模型

3.1 OFDMA基本理论

3.1.1 OFDMA频域符号和帧结构

3.1.2移动WiMAX物理层OFDMA子载波分配

3.2移动WiMAX OFDMA物理层系统仿真整体结构

3.2.1参数定义

3.2.2系统仿真整体结构

3.3 OFDMA系统发送流程

3.3.1数据分块

3.3.2随机化

3.3.3卷积编码

3.3.4块交织器

3.3.5调制

3.3.6 IFFT和添加循环保护间隔

3.4平台仿真实现

3.4.1子载波分配示例和验证

3.4.2信道编码的仿真

3.5本章小结

4下行OFDMA系统信道估计算法

4.1导频插入样式

4.2一维导频辅助信道估计方法

4.2.1信道估计算法

4.2.1内插方法

4.3二维导频辅助信道估计方法

4.3.1二维(2-D)维纳内插滤波信道估计器

4.3.2二个级联的一维(2×1-D)维纳内插滤波信道估计器

4.4信道估计方法在802.16e中的应用

4.4.1基于802.16e的导频插入样式

4.4.2基于簇的导频信道估计仿真分析

4.4.3基于簇结构的二维信道估计算法及仿真

4.5本章小结

5 OFDMA系统信道估计算法的FPGA实现

5.1 WiMAX系统的FPGA解决方案

5.2信道估计的FPGA实现

5.2.1数据的存储

5.2.2 LS信道估计

5.2.3内插模块

5.2.4数据均衡

5.3本章小结

6总结与展望

6.1论文总结

6.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附 录