论文研究-OFDM系统中基于导频的信道估计 .pdf

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OFDM系统中基于导频的信道估计,蔡凌鹤,,正交频分复用(OFDM)有很高的频带利用率和很强的抗干扰能力,已经越来越收到人们的关注。但是在OFDM移动通信系统中,多级衰落信道�
巾国醚技记文在线 ●●●●● ●○○●○○●○ ●○●○○●○ oo ●○○●○○●○ ●●●●●●●● ●○○●○●○ 时间() 时间() 梳状分布 块状分布 方法) (面向判决方法 图两种导频信息的插入方法比较 图中,黑体圆圈代表导频,空心圆圈代表数据。可以证明在 时不变信道条件 下,两和方案的性能亢全一样;但在信道快变化的条件下,前着要优于后者。其中的原因在 于前者的导频插入的方式分散在不同的 符号当中,在时域是连续仁计的,因此能够 较好地跟踪不同符号下信道状态的变化,特别是在信道快变化的条件下这种优势更加明显 后者的估计实际假没了信道在连续几个符号内不变,这样根据当前的导频符号得到的估计信 道可以用于连续几个 符号,在慢衰落信道下这种做法还可实行,但在快的信道衰落 卜它的性能会急剧下降。另一方面,梳状分布只有某些特定的子载波携带导频,其它的数据 了载波上的信道频响需要通过对相邻导频了载波上的信道响应插值而得到,而块状分布的训 练符号包含了所有的导频,所以在频域就无需插值,所以梳状导频相对于块状导频而言,对 频率选择性衰落更为敏感。 基于梳状导频的算法 基于梳状导频分布的信道估计框图如图所示,设导频数为,则 导频 导频 估计得 的接收 信号 信号 道 到的信 信号 提取 估计 插值 道相应 图基于梳状导频分布的信道佔计框图 巾国醚技记文在线 式()中,是以 XA 为对角线的矩阵,和分 别表示导频载波上的载波间干扰()和高速噪声矢量,则下的信道估计可以表示为: 可以看山,的估计谷易受到和晑斯噪声的影响。对于非导频了载泼,我们采 用线性插值和二阶插值。 线性插值的原理就是利用前后相邻导频位置上的信道响应,线性计算出数据载波上 的信道响应。设 系统的子载波数为 个导频信号均匀分布,则导频间隔为 。对于子载波 ≤+(是导频索引),即 用线性插值得到的信道响应为: 八 如果采用更高阶的多项式插值,则会比线性插值得到的信道响应更接近于实际值。当然, 计算复杂度也随着阶数的增大而增加。二阶插值由于其较好的逼近性能和不算太烏的复杂度 颇有实用价值。其插值器的表达式为 aa+ 式()中, a+ 基于块状导频的 算法 对于块状导频,每个间隔固定个数的 符号就会有一个所有子载波均为导频信号 符号,因此通过处理这个符号,可以充分利用导频带来的信道信息,进行 更为精确的 信道估计。具体的表达式如下: 式()中,为信道冲击响应的频域自相关矩阵;δ为加性高斯噪声的方差。 算法的运算量比算法大得多,因为当信号变化时, 将随之变化。为进一步降低 算法的复杂度,可将 用其期望值 代替,于是可以得到一个简化的 佔计器 巾国醚技记文在线 式( δ代表平均信噪比, B 是一个仅依赖于信号星座图的常量。如果能事先知道或者设 定信道自相关矩阵和信噪比的话,式()的矩阵只需要计算一次就可以了,从而人 大降低了运算量。若系统采用梳状导频分布,吋域上是连续佔计的,可以不考虑吋域的相关 性,仅考虑频域的相关性就行,因此这里的信道自相关矩阵只和载波间的频率差有关 实验及结果分析 在本文中的采用 软件进行仿真,仿真的方法采用的是 仿真方法 仿真中采用的是块状导频的分布方式, 载波数可由终端输入。仿真中从均方误差 ()和误符号率()两方面比较了和 信道估计方法的性能。信道假设采 用的是二径信道,两个径的时延分别是和个符号周期,使用的调制方式是 调 首先是将信道的估计性能用归一化均方误差 来衡量,均方误差是理想信道的传 输函数与估计得到的信道传输函数之间的平均误差, 可用下式计算 算法和 算法的均方误差()的性能比较图如图所示 年M道计的LS和MMSE算法的均方误差(M8三)性能比较 云 MSE算法上 15 SNR in de 图 和 算法的均方误差()性能比较(个子载波) 巾国醚技记文在线 L信道佔计的L8和MM&算汁的均误 性生七较 MsE算法 NR in DB 图 和 算法的均方误差()性能比较(个∫载波) ∩FDM信道住计的Ls和MME算法的均方误空「MSE)性能比较 LS算法 一MMSE算 - 10 SNR in DE 图 算法的均方误差()性能比较(个子载波) 巾国技记文在线 FM信道估计的Ls和MMsE注釣方误差(MsE)性能上软 10 10 dn i DB 图 和 算法的均方淏差()性能比较(个子载波) CF[M信道计的L和MMSE算法的方误差(MsE)性能比较 算法 10 和 算法的均方误差()性能比较(个子载波 图到图显示了不同信噪比下采用不同数量导频载波时的信道估计均方误差并且对于 巾国醚技记文在线 每个信噪比值,都取了个符号作统计平均。 从这些图中可以看出算法的性能几乎没有受到子载波数目的影响而算法在 导频数小于时在大信噪比时算法的性能出现了不同程度的下降甚至还会低于算法性 能;当导频数大于时, 算法的信道估计均方误差随信噪比的增加呈指数递减,并且 此时的算法性能始终优于算法,但是在进一步增加导频载波数后性能的改善也不 会变的很明显。 算法和 算法的误符号率()的性能比较图如图所小: FM倖谊节计R和MMRF算法的误符号率RFF)性能比 L3算法 MMSE算法 0 SNR in [B 算法的误符号率()性能比较 图显示了不同信噪比下两种信道估计方法的误符号率,该图采用的了载波数是 符号数是 该曲线表明 估计法明显由于佔计法,但其复杂度高。所 以在误码率满足的条件下,可以采用简单的算法降低接收机的复杂度。 总结 本文简要介绍了目前常用的基于导频的信道佔计方法,并对两种基本信道佔计算法进行 了仿真、分析和比较。目前,将信道佔计、迭代译码与均衡结合,放到系统中进行联合优化, 口成为系统发展的一种趋势。 近年来,随着分集技术的发展,特别是空时、空分码的产生与研究,基于多天线系统的 信道估计算法经成为新的热点。而在多大线条件下,一个发射的信号和接收的天线 之问的信道将其他发射的信号看作十扰,这样在多发射犬线的条件下会使估计的效果比较 差,同吋由于多天线同时发送接收,使系统的复杂度明显增加,因此如何设计扃效率、低运 算量的信道估计算法将是值得继续研究的方向。 巾国醚技记文在线 参考文献 尹长川,罗涛,乐光新.《多较波宽带无线通信技术》 北京:北京电人学出版, 张继东,郑宝玉.《基于导频的 信道估计及其研宄方向》,北京:通信学报, 北京:机械工业出版社, 作者简介:蔡凌鹤,男,年生,硕士研究生,主要硏究方向是无线通信,语音识别

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