OFDM信道估计

OFDM信道估计 基于导频的OFDM系统信道估计研究 崔泽岩 ( 河北省地震局涿州地震台，河北 保定 072750) 摘要:文章给出了OFDM系统模型，介绍了基于导频的OFDM系统的基本信道估计方法，并给出了典型估计方法的比较与MATLAB仿真，得出不同算法下信道估计的误比特曲线,比较了各个算法的性能。 关键词:正交频分复用;导频;信道估计 中图分类号:TN92 文献标识码:A 引言 衰落信道进行传输。解调过程为调制 正交频分复用(OFDM)是未来无线过程的逆过程，不再赘述。 多媒体业务的关键技术之一，其主要2 导频及估计准则介绍 思想是:将信道分成若干正交的子信基于导频的OFDM的估计算法的基 1道, 将串行的高速数据流转换成并行本过程是:在发送端适当位置插入导的低速子数据流, 调制到每个子信道频，接收端利用导频恢复出导频位置上进行传输。根据不同的调制方式，的信道信息，然后利用某种处理手段相应的解调方式可分为相干解调和非(如内插，滤波，变换等)获得所有时相干解调。其中相干解调需要用到信段的信道信息。 道信息，所以要想在接收端获得及时 的信道状态信息,必须对信道特性进 行估计和跟踪。本文就基于导频的估 计方法进行研究。 1 系统模型 经过调制后的二进制数据流，经 过串并变换和插入导频后，频域信号 经过快速傅里叶逆变换(IFFT)，变图1 信道估计仿真框图 成时域信号，完成OFDM信号调制。最导频的插入方式常见的有块状导后将插入循环前缀CP的信号通过锐利频和梳状导频, 他们分别对应慢衰落 收稿日期:2011年10月17日 信道和快衰落信道。 作者简介:崔泽岩(1986-)，男，河北保定人，助 理工程师 1 (2πmT)(1) (1)式中: 是最大多普勒频移, σt为信道最大时延扩展, T为OFDM符 号周期, (?)为第一类零阶贝塞尔 函数。 图2 块状导频下符号结构 4 信道估计算法介绍 导频处的信道估计方法主要有LS (最小二乘)、MMSE(最小均方误差)、 LR。其中LS和MMSE最常用。 设,,…,是发送的导频 信号,Y=[ ,,…, ]是接收到 图3 梳状导频下符号结构 的导频信号,X是由,,…,为图2是在一个OFDM符号(一个块) 主对角线值的对角矩阵。 内的所有子载波上均插入导频。这种 LS(Least-Square ,最小平方)信图案对估计较强的频率选择性衰落有 道估计就是从最小平方意义上得到的很好的性能; 信道估计方法, 则LS算法的估计式图3是在某些子载波的所有时间 为: 上均插入导频。这种图案对估计较强 =Y (2) 的时间选择性衰落有很好的性能。 3 信道模型 LMMSE算法的估计式如下: ,1信道采用Rayleigh衰落信道，信2~,1= (，(HδRR)HnHHHHLSX)X 道中不仅存在大尺度衰落，同时还存 (3)式其中,=E[]为信道 在多径传播和多普勒(doppler)频移 的影响。信道频响H(i,k)的相关函数响应的自相关矩阵,加性高斯白 为: 噪声的方差。 E{H(i,k)(i-m,l)}= 得到导频处信道估计结果后，就 可以通过内插方式得到整个信道的估 2 计值。内插方法一般有: FFT 128 (1)线性插值法;线性插值是最子载波数 128 简单的插值方法之一,它是利用两个导频间隔 10 相邻导频位置上的信道估计值,得到信道多径数目 5 两个导频之间的数据载波位置的信道符号调制方式 16QAM 响应。 OFDM符号周期 128 (2)二阶插值法;二阶插值算法 循环前缀长度 16 是利用数据子信道前后3个导频信道 最大时延扩展 12 的响应进行估计。 (3)Cubic插值法;cubic插值法导频插入方式 块状导频 与前面两种方法类似,都是利用已有最大多普勒频偏 132Hz 数据得到插值曲线,不同的是线性插 值利用两个数据点产生简单的插值曲针对以上的仿真环境本文进行了线,而cubic插值利用4个数据点产生仿真，图4给出了不同估计方法下接收三阶方程来插值数据。 端误比特率(BER)和(SNR)之间变化 (4)基于FFT的时域插值法;这的关系曲线。 种算法是一种比较有效的插值法,主 要是基于信号处理过程中在时域补零 等效于在频域进行内插的原理来恢复 出信道的频率响应。 需要说明的是，由于训练阶段得 到的信道频响含有噪声，因此内插也 会带来新的噪声，产生噪声门限 图4 误码率曲线图 (error floor)效应。 图4给出了LS、LMMSE、LR估计算5 仿真结果与性能比较 法的仿真结果，结果表明:在低信噪系统仿真参数如下表所示: 比下，LR和LMMSE算法较LS算法有较好表1 OFDM系统仿真参数表 的性能，然而LS算法复杂度较低，而系统参数 具体数值 且随着误码率的提高，这种优势变的信道模型 瑞利衰落信道 越来越不明显。因此，在实际系统中， 3 采用哪种算法进行信道估计，要根据结束语 性能和复杂度折中考虑。 本文通过计算机仿真与性能比较, 得出MMSE算法优于LS算法，FFT时域插 值算法相比较其他算法具有更好的估 计性能。 参考文献 [1]张继东,郑宝玉. 基于导频OFDM信道估 计及研究进展[J].通信学报,2003,24 (11) :116 - 124. [2]李喆.OFDM关键技术研究及仿真[D].北京 交通大学,2006, 12: 11- 19. 图5 不同插值方法系统误码率 [3] MINN H. A reduced complexity channel 由图得出Cubic插值算法性能较estimation for OFDM systems with transmit 差,这是因为该算法不适用于平坦衰diversity in mobile wireless channels[J].IEEE 落信道,二阶插值法的性能好于线性Transactions on communications, 2002, 插值法,FFT时域插值法的性能最好。 50(5):799-807. Overview of pilot-aided channel estimation in OFDM CUI Ze-yan (1. The Seismological Bureau of Hebei Zhuozhou, Baoding 072750,China) Abstract: The model of OFDM system is given in this study, and the basic pilot-aided channel estimation methods in OFDM are introduced. A typical comparison of estimation methods and MATLAB simulation are presented, and gives results in different channel estimation algorithms under the BER curves comparing the various performance of the algorithm. Key words: OFDM; Pilot; channel estimation 4