CDMA中的信道估計(jì)設(shè)計(jì)與仿真(演講稿)

1、各位老師、同學(xué)：早上好！我是來(lái)自 07 通信一班的孫毅，我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是CDMA中的信道估計(jì)設(shè)計(jì)與仿真，導(dǎo)師是童崢嶸教授。隨著信息的高速發(fā)展， 人類社會(huì)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的信息量急劇增長(zhǎng)的信息時(shí)代。計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、各種通信技術(shù)迅速興起，給人類的物質(zhì)和精神生活帶來(lái)了翻天覆地的變化。 與之對(duì)應(yīng)，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)有了更高層次和更高質(zhì)量的要求， 這對(duì)通信業(yè)務(wù)的容量產(chǎn)生了巨大的沖擊， 同時(shí)對(duì)通信網(wǎng)傳遞信息的能力提出了更高的要求。移動(dòng)通信出現(xiàn)于 20 世紀(jì)初，但真正發(fā)展卻開始于 20 世紀(jì) 40 年代中期。從那時(shí)起，移動(dòng)通信的發(fā)展大體可分為三代，即模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)和現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)。CD

2、MA 技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開發(fā)出CDMA 技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信， 后來(lái)由美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。 1995 年，第一個(gè)CDMA 商用系統(tǒng)（被稱為IS-95）運(yùn)行之后， CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。碼分多址 CDMA 多址方式中的一種，另外還有頻分多址方式、時(shí)分多址方式。CDMA 比其他系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)非常重要的優(yōu)勢(shì)。1. 系統(tǒng)容量大。2. 2.系統(tǒng)容量的靈活配置。3. 3.系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳。4.

3、 4.頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單。5. 5.延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命。6. 6.建網(wǎng)成本下降。CDMA 系統(tǒng)原理框圖：擴(kuò)頻通信確切地說(shuō)稱為擴(kuò)譜通信更為恰當(dāng)， 因?yàn)楸粩U(kuò)展的是信號(hào)頻譜帶寬，不過(guò)習(xí)慣上均稱為擴(kuò)頻， 它是一類寬帶通信系統(tǒng)。它的主要特征是： 擴(kuò)頻前的信息碼元帶寬遠(yuǎn)小于擴(kuò)頻后的擴(kuò)頻碼序列（ chip）的帶寬。(1)窄帶和寬帶通信系統(tǒng)(2)擴(kuò)頻增益 Gp (3)干擾容限 ( Mj )兩個(gè)常用的公式：仙農(nóng)公式CF gT lg(1S / N )信道容量為 CB log 2 (1S / N )擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)A. 抗干擾能力強(qiáng)B.保密性能強(qiáng)C.低功率譜密度D.適于變參信道擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)A. 占用信道帶寬B.系統(tǒng)

4、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜C.時(shí)變同步困難D.尋地址碼能力小地址碼和擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)是碼分多址體制的關(guān)鍵技術(shù)之一。理想的地址碼和擴(kuò)頻碼主要應(yīng)具有如下特點(diǎn)：1.有足夠多的地址碼；2.有尖銳的自相關(guān)特性；3.有處處為零的互相關(guān)特性；4.不同碼元數(shù)平衡相等；5.盡可能大的復(fù)雜度。PN 序列有一個(gè)很大的家族，包含很多碼組，例如m 序列、Gold 序列、 GL （Gold-Like ）序列、 R-S 序列、 DBCH 序列等等現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常常設(shè)計(jì)成以非常高的速率傳輸。卷積碼已應(yīng)用于很多個(gè)同系統(tǒng)，例如，不僅在CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)種應(yīng)用卷積編碼譯碼，而且在空間和衛(wèi)星也應(yīng)用。卷積碼的發(fā)展產(chǎn)生了很多有線和無(wú)線通信信道數(shù)字傳輸?shù)?/p>

5、實(shí)際應(yīng)用。交織是排列符號(hào)序列的過(guò)程。這種為獲得時(shí)間分集的重排過(guò)程稱為交織，可以以兩種方法考慮：塊交織和卷積交織。CDMA2000的物理層處于其體系結(jié)構(gòu)的最底層，用于完成高層信息與空中無(wú)線信號(hào)件的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)也是這種無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其可分為前向鏈路物理信道和反向鏈路物理信道。WCDMA系統(tǒng)的物理信道按時(shí)間分為三層結(jié)構(gòu)：超幀、無(wú)線幀和時(shí)隙。 WCDMA分為上行鏈路物理信道和下行鏈路物理信道。TD-SCDMA系統(tǒng)存在三種信道模式：邏輯信道、傳輸信道和物理信道。信道 (information channels) 即信號(hào)的傳輸媒質(zhì)， 它是以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路， 具體地說(shuō)， 信道是指由有線或無(wú)

6、線電線路提供的信號(hào)通路。信道的作用是傳輸信號(hào)由信道的定義可以看出， 信道可大體分成兩類： 一類是狹義信道，另一類是廣義信道。狹義信道通常按具體媒介的不同類型可分為有線信道和無(wú)線信道。廣義信道通常也可分成兩種：調(diào)制信道和編碼信道。衰落效應(yīng)、多徑效應(yīng)與時(shí)變效應(yīng)。對(duì)于 CDMA 系統(tǒng)，干擾可分類為系統(tǒng)內(nèi)部干擾和系統(tǒng)外部干擾。1.內(nèi)部干擾 :自干擾、同信道干擾、 共信道干擾。2.外部干擾：(1)強(qiáng)信號(hào)干擾(3)寬頻直放站干擾(2)固定頻率的干擾(4)雜亂信號(hào)干擾信道估計(jì)系統(tǒng)框圖一般信道估計(jì)過(guò)程：信道誤差信號(hào)e(n)估計(jì)得到的信號(hào)Y(n)信道估計(jì)模型圖 3.2 一般信道估計(jì)過(guò)程Fig.3.2 Gener

7、al process of channel estimation論文中介紹比較經(jīng)典的時(shí)域和頻域信道估計(jì)算法，這兩種算法分別從時(shí)域和頻域借助訓(xùn)練序列估計(jì)信道脈沖響應(yīng)和信道頻域響應(yīng)來(lái)完成的。 從某個(gè)角度來(lái)說(shuō)這兩個(gè)算法是等價(jià)的，只是考慮的角度不同而已。頻域信道估計(jì)算法在參數(shù)估計(jì)的時(shí)候?qū)е铝撕芨叩脑肼暦至?，這個(gè)問(wèn)題對(duì)于那些信道衰減比較大的信道響應(yīng)影響尤為明顯。這里從時(shí)域的角度介紹最小二乘方法，通過(guò)這個(gè)算法能夠給出相對(duì)較優(yōu)的性能。為了很好地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，除了實(shí)際的和最小二乘信道估計(jì)算法估計(jì)的信道響應(yīng)外，我們還提及另一種信道響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)是由每M 個(gè)訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)的信道響應(yīng)平均所得。1N1NHLSx(n)

8、x(n)x(n) y( n)hN n 1n 1h1 N1ave_ LSh ( n)LSN n 1NNkM1 k Mx(n)x H (n)x(n) y(n)k 1n kn k分別取濾波長(zhǎng)N=20dB ，P=20dB，信道長(zhǎng) Lh=20dB ；信噪比SNR=25dB 時(shí)，如圖 4.1 得到是信道均方誤差真實(shí)值與估計(jì)值的關(guān)系曲線仿真圖。 此時(shí)圖形中 “ o”點(diǎn)所連接的真實(shí)值曲線與“x”點(diǎn)所連接的估計(jì)值曲線之間誤差較大，曲線之間重合不明顯。圖 4.2 得 到 的 是 N=10dB ， P=10dB ， Lh=10dB ； 信 噪 比SNR=25dB 時(shí)，信道均方誤差真實(shí)值與估計(jì)值的關(guān)系曲線仿真圖。此時(shí)

9、圖形中“ o”點(diǎn)所連接的真實(shí)值曲線與“x”點(diǎn)所連接的估計(jì)值曲線之間隨著濾波長(zhǎng)度的減小誤差也相應(yīng)減小，重合度越發(fā)明顯。圖 4.3 得到的是 N=5dB ， P=5dB ， Lh=5dB 時(shí)；信噪比SNR=25dB 時(shí)，信道均方誤差真實(shí)值與估計(jì)值的關(guān)系曲線仿真圖。此時(shí)的圖形中“ o”點(diǎn)所連接的真實(shí)值曲線與“x”點(diǎn)所連接的估計(jì)值曲線幾乎重疊，誤差相比達(dá)到最小。通過(guò)得到的仿真圖曲線我們可以看出，隨著濾波長(zhǎng)度的不斷減小，信道均方誤差的估計(jì)值和真實(shí)值也越接近，由此可以看出此方法的信道估計(jì)與濾波長(zhǎng)度有著密切的關(guān)系；同時(shí)該方法使用比較簡(jiǎn)單，多用于簡(jiǎn)單的信道均方誤差計(jì)算中。該訓(xùn)練序列信道估計(jì)產(chǎn)生了抽頭系數(shù)為0.

10、5和 0.35的信道矩陣，根據(jù)這個(gè)信道矩陣產(chǎn)生一個(gè)64*64 新矩陣。仿真當(dāng)中序列長(zhǎng)度為 64*64 ，信道長(zhǎng)度 64*64 ；根據(jù)仿真圖形分別研究了最小均方誤差和最小二乘的均方誤差。仿真過(guò)程中我們選取了5個(gè)不同的信噪比點(diǎn)分別是5dB 、10dB、15dB、20dB、25dB；通過(guò)運(yùn)行程序得出12組不同的均方誤差數(shù)據(jù)，取其平均值， 得到入圖 4.4所示的仿真曲線：X 軸表示信噪比 SNR，Y 軸表示均方誤差 MSE；* 點(diǎn)連接的曲線表示最小二乘 (LS) 的均方誤差曲線， 點(diǎn)連接的曲線表示最小均方誤差 MMSE 的均方誤差曲線。 通過(guò)上面 12組的均方誤差數(shù)據(jù)我們?nèi)∑淦骄担?由仿真圖形比較可以得出， 在信噪比相同的情況下，如 SNR 5dB 時(shí)，MMSE 的平均均方誤差要小于 LS的平均均方誤差。接下來(lái)我們?cè)龠x取了三個(gè)不同的信噪比值， 如圖所示取 SNR 分別等于 10dB、15dB、20dB的時(shí)候進(jìn)行了比較，此時(shí)我們觀察圖形可以看出， 雖然 MMSE 的均方誤差還是要小于