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基于OFDM技术的无线通信系统的信道估计的研究目录1绪论 (1)1.1 研究内容及背景意义 (1)1.2 本论文所做的主要工作 (2)2 OFDM系统简介 (3)2.1 单载波通信与多载波通信 (3)2.2 OFDM基本原理 (5)2.3 OFDM的优缺点 (6)2.4 OFDM系统的关键技术 (7)3 OFDM信道估计及其性能仿真 (9)3.1 信道估计概述 (9)3.2 信道估计的目的 (10)3.3 OFDM信道特性 (10)3.4 信道估计方法 (13)3.4.1 插入导频法信道估计 (13)3.4.2 最小平方(LS)算法 (14)3.4.3 最小均方误差估计(MMSE) (17)3.4.4 线性最小均方误差(LMMSE)算法 (18)3.4.5 基于DFT变换的信道估计 (19)3.5性能比较与分析 (21)4改进的DFT算法及其性能仿真 (23)4.1 算法简介 (23)4.2 性能仿真 (25)5 结论与展望 (30)参考文献................................................................................. 错误!未定义书签。
答谢.. (31)1 绪论1.1 研究内容及背景意义近30年来，移动通信领域经历了从模拟到数字，窄带到宽带，低数据传输速率到高数据传输速率的演变。
第一代(1G:AMPS、TACS)和第二代(2G:GSM、IS-95CDMA)移动通信只能提供语音业务或部分低数据业务，为了实现个人通信，移动互联网，高清视频点播等超宽带，高数据传输速率业务，人们相继提出第三代(3G:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)和第四代(4G：LTE TDD、LTE FDD)移动通信，而其中的关键技术之一——正交频分复用(OFDM)成为研究热点。
OFDM技术的提出可以追溯到上世纪60年代，但由于当时大规模集成电路的限制，OFDM并未得到重视。
一、超宽带信号的定义及其特点两个常用概念能量带宽：相对带宽：定义1990年美国军方首次提出“超宽带”这一概念，并规定在-20dB处的绝对带宽大于或相对带宽大于25%的任何信号均称之为超宽带信号。
2002年，FCC对美国军方的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于或相对带宽大于、等于20%，就称之为超宽带信号。
这个定义使得超宽带信号不再局限于脉冲发射.超宽带技术的特点超宽带技术在历史上还有其他的名称，如脉冲无线电 (ImpulseRadio)，时域脉冲，无载波技术等。
上述名称反映了超宽带信号在时域上持续时间极短，在频域上覆盖了很宽的频带这个典型特点。
超宽带技术具有如下优势:(1)辐射谱密度低超宽带通信系统使用很低的功率谱密度发射信号，功率谱密度与窄带系统接收端的背景噪声电平持平。
因此，超宽带系统对窄带系统的干扰小，能与其他通信系统共享频谱资源。
此外，低的辐射谱密度使得信号的隐蔽性特别强，被截获和检测的概率低，保证了通信的安全性。
(2)传输速率高超宽带极窄脉冲信号的本质特点就是具有极宽的带宽，由香农信道容量公式可知，信道容量与带宽呈近似线性关系。
因此，超宽带系统具有很大的系统容量。
超宽带的这种特性非常适用于高速率数据传输的无线通信系统，理论的最大数据传输速率可达到1GbPs。
但是，由于辐射谱密度低，超宽带系统只能应用于10米内的短距离高速无线通信。
(3)多径分辨能力强在无线通信系统中，信道情况比较复杂，发射机和接收机之间存在许多障碍物。
发射信号经过多次反射、散射、绕射后经过不同的路径到达接收端。
由于经过不同路径的信号其幅度的衰减和时间的延迟都是不同的，所以在接收端这些信号的叠加会引起信号的衰落，窄带系统尤为严重。
在超宽带系统中，承载数据信息的是持续时间在纳秒级的时间离散窄脉冲，经多径反射的延时信号与直达信号在时间上是可以分离的。
因此，超宽带信号具有很强的分辨多径衰落能力。
(4)极宽的带宽一个基带极窄脉冲从时域经傅里叶变换到频域，其频率覆盖范围从直流(DC)到几个甚至十几个GHz的频率位置。
基于近完美序列的 PAM -TH -UWB信号的同步捕获算法研究欧剑;刘传辉【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2014(000)011【摘要】针对超宽带信号UWB（ ultra－wideband）的同步问题，提出基于近完美序列APS（ Almost per-fect sequence）的脉冲幅度调制PAM的同步捕获算法APA－UWB－AS。
APA－UWB－AS算法利用APS的特性，设计一种训练序列，并结合最小二乘算法LS获取PAM－UWB的同步。
在实施过程中，APA－UWB－AS算法只需以比特速率采样，再进行简单的相关运算，从而简单了系统，降低系统的运算量。
针对密集多径信道建立仿真模型，仿真结果表明提出的APA －UWB－AS算法能够快速的获取同步，当训练序列周期为24时，具有良好的同步估计的均方误差MSE和系统误码率，并逼近理想同步的环境下的误码率。
【总页数】6页(P1365-1370)【作者】欧剑;刘传辉【作者单位】绵阳职业技术学院信息工程系，绵阳621000;绵阳职业技术学院信息工程系，绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】TN915【相关文献】1.基于相位区间缩减的TH-UWB信号同步捕获算法 [J], 官健2.PPM-UWB信号的GLRT同步捕获算法研究 [J], 杨莘元;毕晓艳;殷潜3.PAM-UWB信号LS同步捕获技术研究 [J], 汪颖;徐会彬4.一种TH-UWB信号同步捕获算法研究 [J], 毕晓艳;杨莘元;李一兵;殷潜5.一种基于特殊训练序列的TH-UWB信号同步捕获算法 [J], 杨莘元;毕晓艳;李一兵;殷潜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超宽带无线通信系统抗多径干扰技术的研究的开题报告1. 研究背景及意义随着现代通信技术的发展，人们对无线通信的需求越来越高。
因此，超宽带无线通信系统作为一种新型的通信技术得到广泛关注和应用。
但是，在超宽带无线通信中，多径干扰是一个普遍存在的问题，这会严重影响通信质量和系统性能。
因此，开展抗多径干扰技术的研究具有重要的理论和实际意义。
2. 研究目的本研究的主要目的是通过分析超宽带无线通信系统中的多径干扰机理，研究抗多径干扰的技术策略，探索有效的抗干扰算法，并实现其在系统中的应用，从而提高超宽带无线通信系统的抗干扰性能。
3. 研究内容（1）分析超宽带无线通信系统中的多径干扰机理。
（2）研究常用的抗多径干扰技术，包括空时编码、信道估计和均衡等。
（3）设计适合超宽带无线通信系统的抗多径干扰算法。
（4）实现所提出的算法，并在仿真和实际系统中进行测试和验证。
4. 研究方法本研究采用理论分析和仿真实验相结合的方法。
首先，通过对超宽带无线通信系统的多径干扰机理进行分析，提出抗干扰的技术策略；其次，基于所提出的策略，设计适合超宽带无线通信系统的抗多径干扰算法，并进行仿真验证；最后，实现所提出的算法，在实际系统中进行测试和验证。
5. 预期研究结果本研究预期取得以下的成果：（1）分析多径干扰机理，深入掌握超宽带无线通信系统中的多径干扰问题。
（2）研究抗多径干扰的技术策略和算法，并进行仿真验证。
（3）设计并实现适合超宽带无线通信系统的抗多径干扰算法。
（4）在实际系统中验证所提出算法的有效性和实用性，提高超宽带无线通信系统的抗干扰性能。
6. 研究进展计划本研究的进展计划如下：（1）第一阶段（1个月）：调研和文献综述，深入了解超宽带无线通信系统和抗多径干扰技术的研究现状及相关算法。
（2）第二阶段（2个月）：开展理论分析研究，分析超宽带无线通信系统中的多径干扰机理，提出抗干扰的技术策略。
（3）第三阶段（3个月）：设计适合超宽带无线通信系统的抗多径干扰算法，并进行仿真实验验证。
基于OFDM-UWB的室内精密定位系统设计与同步算法研究的开题报告第一部分：选题背景和意义随着无线通信技术和定位技术的不断发展，室内精密定位系统受到越来越多的关注。
随着5G和物联网等技术的不断发展，需要实现对室内物品的精确定位和跟踪，这就需要室内定位技术来支持。
传统的室内定位技术主要依赖于蓝牙、WiFi等技术，这些技术的定位误差较大，不能满足精度要求。
OFDM-UWB技术可以实现高精度的室内定位，成为了室内定位技术的新一代。
本课题旨在设计一个基于OFDM-UWB的室内精密定位系统，并研究OFDM-UWB同步算法。
该系统主要包括OFDM-UWB信号的生成和调制、信号传输和接收、同步算法的研究和设计等方面。
第二部分：研究内容和方法本课题的研究内容主要包括：1. OFDM-UWB信号的生成和调制OFDM-UWB信号的生成和调制是本系统的核心部分。
需要根据系统要求设计OFDM-UWB的相关参数，如带宽、调制方式等。
并且需要实现OFDM信号的生成和UWB信号的调制。
2. 信号传输和接收OFDM-UWB信号需要通过无线信道传输到接收端。
由于室内环境噪声干扰较大，需要对接收信号进行处理，使其满足系统要求。
因此需要实现信号传输和接收模块。
3. 同步算法的研究和设计同步是信号处理的重要环节，针对OFDM-UWB信号的同步算法进行研究和设计是本课题的另一个重点。
需要研究OFDM信号和UWB信号的同步方法，并进行算法的设计和优化。
本课题的研究方法主要包括：1.文献调研通过查阅相关文献，了解OFDM-UWB技术的原理、应用和发展趋势，研究已有的同步算法，为系统设计和算法优化提供参考。
2. 系统设计和仿真基于研究成果，设计OFDM-UWB室内精密定位系统，并进行仿真验证。
通过对仿真结果进行分析，对系统进行优化。
3. 算法设计和验证在对同步算法进行研究的基础上，设计出适合该系统的同步算法，进行仿真验证。
通过对仿真结果的分析和对比，验证算法的准确性和可靠性。
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。
此后，超宽带这个术语才被沿用下来。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。
为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。
基于信道识别的超宽带信号 同步算法的研究 1
摘 要 超宽带无线电直接使用短脉冲承载信息，与传统的通信系统相比具有系统结构的实现比较简单，高速的数据传输，低功耗，安全性高，多径分辨能力强，定位精确，造价低等特点。 这些特点决定了超宽带同步的特殊性。超宽带的同步必须快速准确地完成。超宽带接收机氛围相干接收机和非相干接收机。相应地，对超宽带同步方法的研究也是基于这两种接收机，而且衍生出很多的同步方案。 本文提出的一种改进的同步算法的仿真环境为IEEE 802.15.4a标准的复数信道。利用信道类型识别方法，首先对信道进行识别，其次利用信道冲激响应来确定脉冲展宽，再利用自适应非相干差分的方法进行快速同步，仿真中还会利用到窗口叠加的思想。通过仿真结果可知，在不同信道有必要采用不同的截止窗口，而且这个方法将有助于缩小同步误差。通过仿真还发现，信道识别的参数与同步误差存在一定的关系。 关键词：超宽带；非相干；信道识别；快速同步 2
ABSTRACT Ultra Wide Band (UWB) Wireless Radio carries information by short pulses. Comparing with the traditional communication system, UWB processes following merits: easy to implement, high data rate, low power consumption, high security, high multipath resolution, accurate positioning, and low cost et.al This feature decides the uniqueness of the synchronization of UWB. The synchronization of UWB should perform swiftly and accurately. There are two kinds of receivers for UWB, the coherent one and the non-coherent one. Correspondingly, the synchronization methods for UWB are developed respecting the type of the receiver. And lots of extended synchronization methods have been developed. In this study, we adopt the IEEE 802.15.4a channel model. We borrow the channel identification method to identify channel first. And then, the pulse spread is computed by channel impulse response. Next, synchronization is accomplished by the adaptive non-coherent differential fast synchronization. During this simulation, the overlapping window scheme is also absorbed. The simulation results tell us that it more efficient to use different window size corresponding to different channel type, which would benefit decreasing synchronization error. It is also discovered that there are certain functions between the parameters for channel identification and the synchronization errors. Key words: UWB; Non-coherent; Channel Identification; Fast Synchronization 3
一、超宽带技术的简介 1. 超宽带的定义 FCC在2002年提出的UWB标准为：如果一个信号-10dB辐射点的带宽已经超过 500MHz，不管信号的相对带宽是多少都可以认为是一个UWB信号。由500MHz的下限频率可以得到一个大小为2.SGHz的阈值。中心频率在阈值以下的信号，当其相对带宽超过0.20时是UWB信号；而中心频率在阈值以上的信号，当其带宽超过500MHz时可以认为是UWB信号。 UWB是一种在雷达和遥感器中被广泛应用的传输技术，近年来在通信应用中受到了巨大的关注。与传统的无限技术相比UWB的主要特点是传输速率高、功耗低、具有高度的安全性、不易产生干扰、多径分辨能力强、准确的定位、低成本芯片结构等。它是解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的有效技术手段。频谱资源可谓无线通信中最宝贵的资源，与占用指定的频带资源的传统无线通信相比，超宽带可以与现有的无线频谱重叠，在频谱资源日趋紧张的今天，大大提高了频谱利用率，提高了传输效率。 2. 超宽带系统的信道特点 无线通信系统的性能主要受到传输信道的制约。不同于传统的窄带和宽带信号，超宽带信道的传播具有独特性。在超宽带系统中，由于其传输信号有极高的带宽，系统具有很高的多径分辨率，多径数目相对较少，因此不再满足中心极限定理的假设，Rayleigh分布或Rician分布已不再是UWB系统的小尺度衰落分布。对于超宽带系统来说研究其信道环境及模型也是一个相当重要的课题。 为评估各种超宽带通信实现方案的性能以及标准化工作，通常需要根据其工作环境建立一个比较精确的信道模型。但由于超宽带信号的特殊性，如持续时间为纳秒两级、带宽宽等，因此他的信道特性会有一些与窄带通信系统不同的特点。研究无线电传输的普遍方向是建立信道模型，其目标就是很好地刻画出大尺度历经特征和小尺度多径特征。因此信道模型为计算传输损耗、链路预算、物理层方案采取等等提供了很好的依据。一般的无线传输信道模型都是通过结合统计分析4
和实验方法得到的，实验方法依赖于基于测试数据的曲线和解析式拟合。 超宽带的信道模型主要分为室内和室外两大类。室内环境又分为住宅和办公室两种。不管是室内还是室外都存在直视路径（LOS）和无直视路径（NLOS）两种基本情况。这将会给UWB信道模型的建立带来的相当大的困难。 小尺度衰落简称衰落，是指无线电信号在短时间或短距离传播后其幅度、相位或多径时延快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。这种衰落是由于同一传输信号沿着两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号互相干扰所引起的。这些波称为多径波。接收机天线将他们合成一个幅度和相位都急剧变化的信号，其变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间及传播信号的带宽。 冲激响应是宽带信道特性，它包含了所有用于模拟和分析信道中任何类型的无线电传播的信息，可谓冲激响应特性的线性滤波器。信道的滤波特性以任一时刻到达的多径波为基础，其幅度与时延影响信道的滤波特性。这种滤波器形式的信道结构给UWB通信系统的系统模型提供了良好的理论依据。 3. 超宽带系统同步技术的特点 同步是数字系统不可或缺的重要的技术，发送端和接收端要保持频率和相位上的一致。因此保证了同步，接收端才可以正确的解调和判断有效的信息。同步技术可以分为：载波同步、位同步、帧同步和网同步。对于扩频通信来说，完成了以上同步，整个系统才可以工作，即一个系统性能的好坏与同步系统的好坏息息相关。因此，无线通信要求同步系统要具有非常高的可靠性。 基于信道识别的超宽带同步算法研究在扩频系统中同步的作用是将接收到的伪随机序列（PN码）和本地产生的伪随机（PN码）序列保持同步，即在频率和相位上要保持一致。 同步过程可以分成两个阶段： 起始同步/同步捕获：接收机对发射机发送的信号未知的情况下，要进行搜索捕获的过程。即接收信号和本地信号间的相位差要保持在一定的范围内也就是同步范围内。 跟踪过程：捕获完成后要继续保持同步，以保证受到干扰或影响时也能很好的保持一定的同步。即使产生偏移时，同步系统也要完成调整，使整个系统能进入良好的同步。 5
超宽带信号由其本身的特点即发送亚纳秒级别的脉冲传递有用信息，而且它的信道为具有严重频率选择性衰落的密集多径信道，因此同步受到了巨大的挑战，同时面临着一系列难题。因为UWB信号与传统的窄带信号不同，因此它不存在频偏估计和相位估计的问题，因此对IR-UWB来说以前的同步不一定很好地适用。 能量收集对IR-UWB来说是非常必要的，因为由IR-UWB发送机的设计可以看出，其发送功率很低，这也是IR-UWB的一个优点。但是，低功率信号往往会被噪声所淹没，这个给接收机带来了相当大的困扰。IR-UWB大部分活跃在WPAN的室内环境中，存在严重的多径效应。一个UWB信号经过被障碍物散射、衍射、反射等等，能量将分散在各多径中。因此没有良好的接收端能量处理技术很难得到相应的信息。但是得到充足的多径信号就需要准确的同步，得用很好的同步来保证接收信号能量的累积。但是一般最先到达的第一径不一定是最大径，最大径可能出现在后面的某一径上，导致得到的多条径同时满足同步的要求，这个将给接收机带来额外的同步判决模块。 IR-UWB的同步捕获算法可以从多个方面展开研究： 1)信号处理的角度：一维相关算法、多维子空间算法； 2)参数估计准则：假设检验理论的似然比算法、估计理论的最大似然算法； 3)接收信号的随机性：平稳过程捕获算法、循环平稳过程捕获算法； 4)导频序列有无：数据辅助的同步算法、非数据辅助的同步算法； 5)接收模板信号类型：本地模板算法、脏模板算法。
