基于OFDM的LS信道估計仿真的研究

黃李健

（寧德師范學(xué)院 物理與電氣工程系，福建 寧德 352100）

基于OFDM的LS信道估計仿真的研究

黃李健

（寧德師范學(xué)院 物理與電氣工程系，福建 寧德 352100）

信道估計技術(shù)保證了信號傳輸?shù)目煽啃浴；趯?dǎo)頻的LS信道估計算法，通過導(dǎo)頻子信道的響應(yīng)得到整個信道的響應(yīng)，能夠很好地跟蹤信道的變化，在復(fù)雜度不高的情況下取得較好的誤差性能，具有很好的實用性。仿真結(jié)果表明采用LS信道估計后有效的降低了系統(tǒng)的誤碼率。

導(dǎo)頻；最小二乘；信道估計；誤碼率

信道估計是信道對輸入信號影響的一種數(shù)學(xué)表示，對于OFDM系統(tǒng)來說就是要估計出各個子載波上的頻率響應(yīng)。OFDM系統(tǒng)的信道估計方法主要分為利用導(dǎo)頻的信道估計和盲信道估計兩類，利用導(dǎo)頻的信道估計方法常見的有基于導(dǎo)頻信道和基于導(dǎo)頻符號這兩種。由于OFDM系統(tǒng)具有時頻二維結(jié)構(gòu)，因此采用導(dǎo)頻符號的信道估計在使用上更靈活?；趯?dǎo)頻符號的信道估計方法就是在發(fā)送端信號某些固定位置插入一些已知的符號和序列，在接收端利用這些導(dǎo)頻符號和導(dǎo)頻序列，按某些算法進行信道估計[1]。這種方法的發(fā)送端要發(fā)送導(dǎo)頻信號，使系統(tǒng)的頻譜利用率和功率利用率降低，但是在信道特性變化很快時，可以對信道特性的變化及時做出反應(yīng)。而盲信到估計是指在不知道發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下，利用發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性來完成對信道響應(yīng)值的估計。這種方法的頻譜利用率和功率利用率很高，適合于對變化較慢的信道進行估計但是需要利用大量的累積數(shù)據(jù)來獲取各類統(tǒng)計量，計算時延較大且復(fù)雜度高[2]。

1 LS信道估計算法原理

在一幀OFDM符號內(nèi)，信道傳輸特性基本不變或變化較小時，一般選擇插入塊狀導(dǎo)頻來完成信道估計。因為不需要在接收端進行頻域插值，所以插入塊狀導(dǎo)頻的信道估計對頻率選擇性不是很敏感。這種信道估計算法中較常用的一種就是基于最小二乘LS[3][4]算法。

OFDM系統(tǒng)的信道可看作是N個并行的相互獨立的高斯信道。OFDM系統(tǒng)傳輸信道的頻域表達式（寫成矩陣的形式）為：

LS（Least-Square，最小二乘）信道估計就是從最小二乘意義上得到的信道估計方法。信號通過信道的矩陣表示形式如式（1.1）所示，利用循環(huán)脈沖響應(yīng)h的LS 估計器使（Y-XFh）H（Y-XFh）最小，通過計算得到

進一步得到LS估計的表達式：

基于LS準(zhǔn)則的信道估計算法結(jié)構(gòu)簡單，僅通過在各載波上進行一次除法運算，計算量小。但是，在LS估計中未利用信道的頻域與時域的相關(guān)特性，并且由于在估計時忽略了噪聲的影響，所以信道估計值對噪聲的影響比較敏感。在信道噪聲較大時，估計的準(zhǔn)確性便大大降低，從而影響數(shù)據(jù)子信道的參數(shù)估計。

LS估計算法的最小均方誤差：式中N為插入的導(dǎo)頻數(shù)量，σ2為高斯白噪聲的平均功率。當(dāng)信道為低速移動或準(zhǔn)靜止，即信道特性隨時間變化不大，ICI的影響可以忽略的情況下，對估計準(zhǔn)確度要求不是很高時，一般可以采用LS估計算法降低計算的復(fù)雜度。

2 LS估計算法仿真

圖2-1 LS信道估計算法原理圖

LS估計算法的原理框圖如圖2-1所示，A為頻域接收符號，設(shè)發(fā)送端的插入導(dǎo)頻符號為X，從A中通過導(dǎo)頻提取得到接收到的導(dǎo)頻為Y，由X，Y的比值估計信道的傳輸函數(shù)H，最后根據(jù)傳輸函數(shù)對數(shù)據(jù)信息進行校正，得到接收的符號信息R。

使用MATLAB編寫代碼搭建OFDM系統(tǒng)，采用誤碼率曲線來衡量估計算法的性能。系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)定如下：有效數(shù)據(jù)的子載波數(shù)為200，符號數(shù)/載波為50，位數(shù)/符號為2，采用的循環(huán)前綴長度為OFDM幀長度的1/4，采用的QDPSK調(diào)制，多徑信道數(shù)2、3、4。本系統(tǒng)通過仿真比較AWGN信道和瑞利衰落信道下LS信道估計算法的性能。仿真前提假設(shè)循環(huán)前綴CP長度大于信道最大時延擴展，并且系統(tǒng)同步。

圖2-2 AWGN信道下誤碼率曲線

圖2-3 瑞利衰落信道下誤碼率曲線

圖2-2、圖2-3分別為AWGN信道和瑞利衰落下LS信道估計對誤碼率影響曲線，可以看出在相同SNR的情況下，加入信道估計后系統(tǒng)的誤碼率降低了。

3 小結(jié)

OFDM系統(tǒng)的信道估計方法主要分為利用導(dǎo)頻的信道估計和盲信道估計兩類，基于導(dǎo)頻的信道估計具有復(fù)雜度低和時延小的特點，因此有較強的實用性?；趬K狀導(dǎo)頻信號的信道估計，包括LS算法、MMSE算法和LMMSE算法。LS算法實現(xiàn)較為簡單，仿真結(jié)果表明對系統(tǒng)的誤碼率有一定改善，當(dāng)信道為低速移動或準(zhǔn)靜止，即信道特性隨時間變化不大，ICI的影響可以忽略的情況下，對估計準(zhǔn)確度要求不是很高時，一般可以采用LS估計算法降低計算的復(fù)雜度。而在對估計性能要求較高的應(yīng)用場合，通常采用基于MMSE準(zhǔn)則的信道估計算法。今后可進一步對MMSE算法和LMMSE算法進行仿真并比較分析各自特性。

[1]咚學(xué)儉，羅濤.OFDM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2]徐嬌月.基于導(dǎo)頻的OFDM信道估計的研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2007.

[3]Sinem Coleri，Mustafa Ergen，anuj Puri.Channel Estimation in techiques Based on Pilot arrangement in OFDM Systems[J].IEEE TRANSACTIONSON BROADCASTING ，2002：48(3).

[4]J.J.VandeBeek，M.Salldell etc.On Channel Estimation in OFDM Systems[J].Proc.IEEE.Vehic.Teclnol.Corf,July.l995（2）：815-819.

[5]陳樹新，鄧妍，姚如貴.現(xiàn)代通信系統(tǒng)建模與仿真[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[6]劉慧穎.MATLABR2007基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2008.

The Simulation Least-Square Channel Estimation Based on OFDM System

HUANG Lijian

（Department of Physics&Electrical Engineering,Ningde Normal University,Ningde,Fujian 352100）

Channel estimation strengthen the reliability of signal transimission.Least-Square channel estimation based on pilot can get complete channel response via pilot subchannel，and follow channel changes well to get better error performance if it is not very complicated,It is with higher practicality.The simulation results show that the LS channel estimation effective decrease the bit error rate of the system.

pilot;least-square;channel estimation;bit error rate

TN911

A

1674－2109(2012)01－0065－03

2012-02-19

福建省教育廳科技項目(項目編號：JB10186)；寧德師范學(xué)院科研資助項目(2009102)。

黃李健（1980-），男，漢族，講師，碩士，主要研究方向：電子信息及通信技術(shù)。