基于SDR平台的窄带物联网系统信道估计的研究与实现

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移动通信四十年的发展成果深刻地改变了人们的生活方式,当今的移动通信仍在快速变革,而移动物联的发展之势日益渐增,其中窄带物联业务低功耗、广覆盖的特点让其在众多传统领域产生广阔的应用场景。窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)国际化标准快速面世,更加推动着NB-IoT的应用。智能电网是NB-IoT的重要应用场景,智能电网系统是基于OAI平台软件无线电(Software Defined Radio,SDR)实现的230MHz频段窄带通信系统。无线信道的衰落特性对信号的传输有多种影响,信道估计能够提供信道响应信息,参与接收机相干解调,提高系统性能,是智能电网系统中的重要信息处理模块。因此,本文的主要研究内容是智能电网窄带通信系统中信道估计的算法研究与基于SDR平台的实现。本文首先简单介绍智能电网窄带通信系统、无线信道传播特性与模型、信道估计技术的分类,在此基础上,重点研究了基于导频的信道估计技术,介绍了导频设计准则与分类,以及本系统的导频图案设计。本文研究的导频信道估计算法有最小二乘(Least—Square,LS)估计算法、最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)估计算法、基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的估计算法,插值算法有常值插值、线性插值和高斯插值算法。本文基于matlab平台建立窄带系统信道估计仿真链路,将发送比特序列经过一系列处理通过信道做信道估计,再与输出比特序列对比,得出误码率,并以此判断算法性能。对LS、MMSE、LS+DFT、MMSE+DFT算法在AWGN、EVA、EPA三种信道中进行仿真,采用的插值算法为线性插值。仿真结果表明MMSE算法性能优于LS算法,加了DFT的算法性能由于不加,除此之外,在有多径效应和多普勒频移影响的信道中,MMSE和DFT算法的优势不明显。基于对仿真结果分析和SDR平台系统实现对实时性的要求,我们在信道估计实现时选择了复杂度更低的LS算法和线性插值算法。文章重点介绍了下行业务信道的代码实现流程和性能测试,以及此信道中信道估计的代码实现与性能分析。并通过定点化和右移操作做了实现时间的优化,最后测得一个子帧的信道估计的耗时均值为0.4185秒,比优化之前减少了一半。
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