OFDM系統(tǒng)的信道估計技術(shù)討論

劉昊 徐志康 周春花

【摘要】??? 針對正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)因其在寬帶通信中的優(yōu)越性能被越來越廣泛地應(yīng)用于未來移動通信系統(tǒng)中，本文首先簡單介紹了移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程和OFDM的大概情況背景，進(jìn)而引出未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，OFDM。對OFDM系統(tǒng)中已有的信道估計方法做了簡單概述，然后詳細(xì)介紹了兩種關(guān)鍵的信道估計技術(shù)——最小平方準(zhǔn)則算法（LS）和最小均方準(zhǔn)則算法（MMSE）。

【關(guān)鍵詞】??? OFDM系統(tǒng)? 信道估計? LS? MMSE? 導(dǎo)頻

一、引言

二十世紀(jì)以來，移動通信系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于公共服務(wù)和個人生活之中。從80年代至今，移動通信系統(tǒng)已由第一代模擬系統(tǒng)發(fā)展到第二代數(shù)字系統(tǒng)，再發(fā)展到實現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)的第三代數(shù)字系統(tǒng)（3G），再到現(xiàn)在的第四代移動數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)（4G），甚至于將要到來的第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)（5G）將會極大地改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?，以GB/s為單位的傳輸速度將會使移動通信得到質(zhì)的飛躍[1]。

二、OFDM基本原理

2.1 OFDM的簡介

OFDM技術(shù)得到廣泛關(guān)注并被看作4G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，這是因為它存在許多優(yōu)點，這些優(yōu)點使得基于OFDM的無線系統(tǒng)有更高的頻譜效率，并且可以更好地抵抗無線信道的頻率選擇性衰落。另外，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得基于IFFT/FFT的OFDM調(diào)制/解調(diào)更容易實現(xiàn)。

2.2 OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)

每個OFDM符號是多個經(jīng)過調(diào)制的子載波信號之和，其中每個子載波的調(diào)制方式可以選擇PSK或者正交幅度調(diào)制QAM。

每個子載波可以由復(fù)調(diào)制符號獨立調(diào)制，在這里下標(biāo)表示OFDM符號的序號，而表示子載波在該OFDM組的序號。因而在符號持續(xù)的時間內(nèi)，第個OFDM組可以表示為：

（2.2.1）

則由所有OFDM組構(gòu)成的時間連續(xù)信號為：

（2.2.2）

這里，每一個子載波都使用矩形脈沖進(jìn)行成形，每個子載頻譜是函數(shù)。

三、OFDM的信道估計

3.1 OFDM中信道估計技術(shù)概述

數(shù)字系統(tǒng)中的信道估計可以分為盲估計和非盲信道估計。

盲估計方法不需要傳送額外的冗余信息進(jìn)行信道估計器訓(xùn)練，所以具有很高的頻譜效率，由于用大量的發(fā)送數(shù)據(jù)以進(jìn)行準(zhǔn)確的信道估計，引入大的延時，所以要求信道統(tǒng)計特性不變或慢變，否則不能準(zhǔn)確估計信道。由于無線移動信道通常都是具有多徑衰落特性和時變性，所以不能采用盲信道估計，采用非盲信道估計，主要是基于訓(xùn)練序列或者導(dǎo)頻的信道估計方法[2]。

3.2最小平方準(zhǔn)則信道估計算法（LS）

這種方法雖然對噪聲比較敏感，但是由于其計算簡單，實現(xiàn)方便，實際中被廣泛應(yīng)用。用該方法可以進(jìn)行對導(dǎo)頻處信道信息的估計。其實現(xiàn)如下：

假設(shè)Hp=[H（P0），H（P1），...，H（PNp-1）]是導(dǎo)頻點的信道信息，是它的一個估計，那么估計誤差的平方和可以寫成：

（3.2.1）

要使ep最小，應(yīng)該滿足，于是可以推出：

（3.2.2）

由于它沒有考慮任何信道模型，也沒有包含噪聲功率的因子，因此估計出的精度易受到高斯噪聲和子載波間干擾（ICI）的影響，很難達(dá)到較高的估計精度。但是，由于最小均方準(zhǔn)則（LS）簡單的表達(dá)式無疑使得導(dǎo)頻外的信道估計實現(xiàn)起來十分簡便。

3.3最小均方準(zhǔn)則信道估計算法（MMSE）

線性最小均方誤差（LMIMSE）算法是對LS估計結(jié)果的最佳線性濾波，假設(shè)信道的沖擊響應(yīng)是高斯過程，并且和噪聲相互獨立，導(dǎo)頻信號MMSE估計的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（3.3.1）

上式中，Hp，LS是利用LS估計的導(dǎo)頻點的信道信息，上式也可以寫成如下形式：

（3.3.2）

更簡單的解決方法是用平均信噪比來替代導(dǎo)頻信號的求逆，這樣就得到了LMMSE算法的表達(dá)式為：

（3.3.3）

SNR和β是由調(diào)制采用的星座圖決定的一個常數(shù)，例如16QAM調(diào)制時。

如果自相關(guān)矩陣和信噪比SNR可以預(yù)先估計，則只需要計算一次。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 岳欣. OFDM技術(shù)在第四代移動通信中的應(yīng)用[D].哈爾濱工程大學(xué)， 2006.

[2] 張平.第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)——WCDMA.北京郵電大學(xué)出版社，2000年：206-210頁.

劉昊（1997—），男，四川資陽，本科，西華大學(xué)，電子與電子信息學(xué)院，通信工程專業(yè)。