LS信道估计算法剖析
自适应OFDM系统中基于LS估计的信道预测算法分析
自适应OFDM系统中基于LS估计的信道预测算法分析万剑锋;胡兵【摘要】信道预测技术可以为自适应系统提供准确及时的信道状态信息.针对现有的信道预测算法都是假设已知当前及以前的信道信息来预测未来的信道状态信息而忽略信道估计的影响,提出了一种基于LS信道估计的时变多径信道的时域预测方法.该方法采用自适应OFDM系统模型,以当前接收的导频符号序列为观测值进行LS 信道估计得到信道的频域值,然后通过IDFT变换到时域,结合AR模型来预测未来信道衰落系数.仿真结果表明,与传统的频域预测算法相比,该算法有效地降低了最小均方误差,能很好地满足自适应OFDM系统中时变多径信道的要求.%Channel prediction technology can provide adaptive system for accurate and timely channel state informa-tion(CSI). According to the existing channel prediction algorithm assuming that all known current and former channel information to predict the future channel state information and ignoring the influence of channel estimation, a time-varying multipath channel time-domain prediction algorithm based on LS estimate was introduced. This method adopt the adaptive OFDM system model, with the current receiving pilot symbol sequence using LS channel estimation for channel frequency domain value, and then transformed to time domain through IDFT, combined with AR model to predict future channel fading coefficient. The simulation results show that compared with the traditional frequency domain prediction algorithm, the algorithm has effectively reduced the minimum mean square error and can be satisfied with the adaptive OFDM system time-varying multipath channel requirements.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】4页(P435-438)【关键词】自适应正交频分复用系统;LS估计;信道预测【作者】万剑锋;胡兵【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN929.5自适应传输技术的实现依赖于发送方准确获知当前的信道状态信息。
LS信道估计算法
LS 信道估计假设OFDM 系统模型用下式表示:P P P Y X H W =+ (1)式中H 为信道响应;P X 为已知的导频发送信号;P Y 为接收到的导频信号;P W 为在导频子信道上叠加的AWGN 矢量。
LS 为最小二乘(Least —Square)信道估计, LS 算法就是对(1)式中的参数H 进行估计,使函数(2)最小。
ˆˆˆˆ()()()()H H P P P P P P P PJ Y Y Y Y Y X H Y X H =--=-- (2) 其中P Y 是接收端导频子载波处的接受信号组成的向量;ˆˆP PY X H =是经过信道估计后得到的导频输出信号;ˆH是信道响应H 的估计值。
ˆˆ{()()}0ˆH P P P P Y X H Y X H H∂--⇒=∂ 由此可以得到LS 算法的信道估计值为:11,()H H P LS P P P P P P H X X X Y X Y --==可见,LS 估计只需要知道发送信号P X ,对于待定的参数H ,观测噪声P W ,以及接收信号P Y 的其它统计特征,都不需要其它的信息,因此LS 信道估计算法的最大优点是结构简单,计算量小,仅通过在各载波上进行一次除法运算即可得到导频位置子载波的信道特征。
但是,LS 估计算法由于在孤寂时忽略了噪声的影响,所以信道估计值对噪声干扰以及ICI 的影响比较敏感。
在信道噪声较大时,估计的准确性大大降低,从而影响数据子信道的参数估计。
LMMSE 算法的实现流程:首先我们得到LMMSE 算法的相关公式:211ˆˆ*((()()))P P P H LMMSE HH H H W LS H R R diag X diag X H σ--=+其中P H 为导频子载波的CFR (振幅因素衰减),P HH R 表示所有子载波与导频子载波的互协方差,P P H H R 表示导频子载波的自协方差。
ˆLMMSE H 代表信道的阶跃响应。
无线通信系统中的信道估计算法
无线通信系统中的信道估计算法1. 引言随着无线通信技术的不断发展,无线通信系统作为一种重要的通信方式已经得到了广泛应用。
然而,在无线通信中由于无线信道的存在,信号会受到多种干扰和衰落等因素的影响,从而导致信号的传输质量下降。
因此,准确估计信道状况是保证无线通信系统性能的关键所在。
本文将重点介绍无线通信系统中的信道估计算法。
2. 信道估计的重要性信道估计在无线通信系统中具有重要的意义。
首先,准确的信道估计可以提供必要的信息,以便接收端能够对接收到的信号进行恢复和解调。
其次,信道估计可以用于自适应调制、自适应编码等技术中,使系统能够根据信道的变化及时做出调整。
此外,信道估计还可以用于无线通信系统的干扰抑制、多天线技术等方面。
3. 信道估计算法的分类根据信道估计算法的不同原理和实现方式,可以将其主要分为以下几类。
3.1. 非盲估计算法非盲估计算法是指接收端事先获得有关信道的部分信息,然后通过对接收信号的处理和分析,估计出信道的相关参数。
其中,最小二乘估计(Least Square,LS)算法是一种常用的非盲估计方法,它通过最小化信号预测误差的均方差来估计信道参数。
3.2. 盲估计算法盲估计算法是指在不需要事先知道信道信息的情况下,通过对接收信号的特征进行分析和处理,直接估计信道的参数。
其中,基于二阶统计量的高阶累积量估计算法是一种常用的盲估计方法,它通过估计接收信号的高阶统计量来获得信道的相关参数。
4. 典型信道估计算法根据无线通信系统中的具体需求和应用场景,研究者们提出了许多典型的信道估计算法。
4.1. 最小二乘估计算法最小二乘估计算法是一种最常见且经典的非盲估计方法。
它通过最小化接收信号与估计信号之间的误差,来求取信道估计的最优解。
最小二乘估计算法可以应用于单天线系统和多天线系统,并且可以通过引入正则项来减小估计误差。
4.2. 基于导频的估计算法基于导频的估计算法是一种广泛应用于通信系统中的信道估计方法。
OFDM系统中MMSE与LS信道估计算法的比较研究
OFDM系统中MMSE与LS信道估计算法的比较研究第22卷第2期2009年4月四川理工学院学报(自然科学版)JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)文章编号:1673-1549(2009)02-0091-03OFDM系统中MMSE与LS信道估计算法的比较研究陈明举(四川理工学院自动化与电子信息学院,四川自贡643000)摘要:文章介绍了OFDM系统中插入导频的Ls信道估计与MMSE信道估计两种算法,通过试验仿真说明了MMSE信道估计算法对系统性能的提升要优于Ls信道估计算法,但MMSE信道估计算法的计算量大于LS信道估计算法.关键词:正交频分复用技术;最小均方误差估计;最小平方法中图分类号:TN911.3文献标识码:A引言最近几年,正交频分复用技术OFDM(Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing)在新一代高数据率通信分为多个频谱不相交的子信道,每个子信道由不同的信境,OFDM系统中的多个载波相互正交,一个符号持续时间内包含有整数个载波周期,每个载波频点和相邻载波零点重叠,这种载波间的部分重叠提高了频带利用率,而且正交多载波的利用,使信道衰落引起的突发误码分散到不相关的子信道上,变为随机性误码,有效地前已经被IEEE802.1la和DVB等国际标准所采纳.移动无线通信环境可以表征为一个多径衰落信道,多径信道对通信的影响主要表现在两个方面:一方面由于存在多条传输路径,接收端接收到的信号表现为发送信号的叠加,这就需要采用均衡技术恢复原始信息;另一方面由于信道的时变特性,而且存在着各种人为和自然噪声以及由于多径效应带来的码间干扰,每一条路径都受到不同幅度的衰落和相移.因此,信号经过无线信发送信息流进行适当编码,再在接收端进行组合,但在了消除信道本身的影响,需要在接收端对信道进行估计,并依据估计出的信道构建逆系统对信道进行均衡. 理想的情况是通过信道估计与均衡得到等效的平坦无类…:利用导频的方法(ChannelEstimationBasedPilot) 和盲估计的方法(BlindEstimation).本文主要研究基于导频处信道估计方法的最小平方法(LS,leastsquare)和最小均方误差法(MMSE,minimummean—squareer. ror).l基于导频的信道估计基于导频的信道估计,即在发送数据流中插入导频符号,在接收端利用这些已知的导频符号进行信道估率轴方向和时间轴方向上进行插入.基于导频的信道估计算法的基本过程是:在发送端适当位置插入导频,接收端利用导频信号恢复出导频位置的信息,然后根据信道的时域和频域的相关性,有最小平方法(Ls)和最小均方误差法(MMSE).基于导频的信道估计方法系统框图如图1所示:作者简介:陈明举(1982一),男,重庆大足人,硕士,主要从事多媒体通信方面的研究. 92四川理工学院学报(自然科学版)2009年4月串,并变换导频插入瑚魏癣图1导频插入估计系统规定输入信号为X(k),插入导频为(n),经过IFrr变换后的时域输入信号为(n).信道传输函数为h(n),其频域表示为H(k).高斯噪声为W(/7,),频域表示为W(k),接收信号为Y(n),频域表示为Y(k),抽取导频为(m),其中k=0,1,…,N一1,m=0,1,…,M一1,n:0,1,…函数在各频点的估计值为17(k),在导频点的估计值为().只考虑导频在信道中传输,则有:(m)=(m)He(m)+(m)其中,(m)为离散高斯噪声频域表示在导频点的值,日.(m)是日(k)在导频点的值.令8=(m)一(m),信道估计值为17.(m),Ls估计算法希望方差ETa,最小,则:s8=min{(一XP7p.)(—XP.))(1)=0j=,.==H+1~p(2)1P由式(2)可见,基于Ls准则的信道估计算法结构简单,是,在Ls估计中并未利用信道的频域与时域的相关特性,并且估计时忽略了噪声的影响,而实际中信道估计值对噪声的影响是比较敏感的,在信道噪声较大时,估计的准确性便大大降低,从而影响数据子信道的参数估计.LS估计算法的均方误差为:MSE:trace{E[(.一H)?(17.一日)]}=trace{()}(3)式中trace()表示对矩阵求迹,根据式(2)和式(3)可知,当选取一定的导频信号,使其模1l比较大^rAP由于选取能量较大的导频信号,将会造成一定传输功率的损失,因此在实际应用中需要权衡考虑.LS算法受高斯白噪声和子载波间干扰(ICI)的影响小均方误差(MMSE)的信道估计算法,对于ICI和高斯基础上进行的.设(m)的MMSE估计为(m),MMSE算法希望El.(m)一(m)l最小,则:疗P,Ⅲ,sE(m)=RH,()…()R疗P,Ls(m)=R()(m)(()H()+((m)(m)))疗.(m)(4)H表示共扼转置,为高斯噪声方差,且有:R)=E{HP(m)HP(m)}R(),(m)=E{He(m)疗尸,(m)}RH()疗,Ls(m)=E{HP,L5(,n)疗P,(m)}(5)信道响应的MMSE估计在进行最优化问题求解时式(4)可以看出,进行MMSE信道估计要进行矩阵+(X(m)X(m))的求逆运算,由于其中的(X(m)(m))在不同的OFDM符号内不同,它的逆矩阵在每一个OFDM符号内进行更新,当OFDM 系统的子信道数目N增大时,矩阵的运算量也会变得十分巨大,计算复杂度较高.2试验仿真采用BPSK--OFDM系统,带宽为2MHz,子载波的Ls算法进行仿真试验,分别作出两种信道的估计算法的均方误差(MSE,meansquarederror),误码率(SER,sym—bolErrorRate)与信噪比(SNR,signalnoiseratio)的关系曲线如图2,图3所示:由图2,图3可知,随着信噪比的增加两种估计算法的均方误差与误码率都逐渐减小,在相同的信噪比下, MMSE算法的均方误差和误码率都小于Ls算法,MMSE 信道估计算法对系统性能的提升要优于Ls信道估计算法,在均方误差为l0~~10的时候,MMSE相对于Ls算法在信噪比上有接近3d一5BdB的性能提升.但是, MMSE方法时接收端需要知道信道的先验知识,考虑了嗓声与子载波间的影响,同时还要进行矩阵的求逆运算,因此MMSE算法的最大的缺点就是计算量太大, 实现起来对硬件的要求比较高,在实际应用中,实现难度很大.带码制基编调●●—●]第22卷第2期陈明举:OFDM系统中MMSE与LS信道估计算法的比较研究93 芒uJE∞—了一MMSE----●--D--LS:---~●_●^?-,:=:::::=::c:==::::==c:::==::::c=X:==...-.....L-......L.一.....一.L...一....】●……………1I1●1-'1-SNRin目B图2MSE与SNR的关系曲线,,—MMSE—D--LS一{\,.…,,\k,}_~...L5'e152B25疆SNRm目曩图3SER与SNR的关系曲线3结束语本文介绍了OFDM中的MMSE与LS两种信道估计算法基本原理,并进行仿真试验,从均方误差与误码率方面得出MMSE信道估计方法优于LS信道估计算法, 并分析了MMSE信道估计方法的计算计算量大于Ls信道估计算法,对将来进一步研究具有很好的参考价值.参考文献:—tiontechniquesbasedonpilotanangementinOFDM systems[J].啦Trans.OilBroadcasting.2002,48(3):223—229.[2】MoosePH.Atechniqueforo~hogonalfrequencydivi- sionmultiplexingfrequencyoffsetcorrection[J].Conaim- nications,—IEE—ETrans,1994,42(10)'.2908—2914. [3]徐庆征.OFDM系统及其若干关键技术研究[J].移动通信2004.8(8):74—76.估计[J].重庆邮电学院学报,2004,20(8):17_2O.MMsE简化算法[J】.武汉理工大学学报,27(4):120- 124.究进展[J].通信学报2oo324(11):77—80. ResearchofMMSEandLSChannelEstimationinOFDMSystemsCHENMing-ju(SchoolofAutomationandElectronicInformation,SiehuanUniversityofScience&En gineering,Zigong643000,China)mentshowsthattheMMSEchannelestimationalgorithmissuperiortotheLSchannelestimat ionalgorithminimprovementofthesystem,buttheMMSEalgorithmhasmorecomplicatedalgorithm.Keywords:OFDM;MMSE;LS∞l∞J巴3l价亡E。
S参数估计LS算法
S参数估计LS算法LS(Levenberg-Marquardt)算法是一种非线性参数估计算法,用于解决非线性最小二乘问题。
它是通过迭代的方式逐步优化估计参数,使得模型拟合数据的误差最小化。
LS算法的基本思想是将最小二乘问题转化为非线性优化问题,通过求解该问题的最优解来得到参数的估计值。
该算法通过迭代的方式,不断调整参数的取值,以使得目标函数最小化,从而得到最优的参数估计。
算法的具体步骤如下:1.初始化参数的取值:选择一个初始的参数向量,用于计算模型的输出值。
2.计算目标函数的值:使用当前参数向量计算目标函数的值,即模型的输出值与实际观测值之间的差异。
3.计算雅可比矩阵:根据目标函数和参数向量,计算目标函数对参数向量的偏导数。
4. 调整参数的取值:根据雅可比矩阵和目标函数的值,使用Levenberg-Marquardt公式来调整参数向量的取值。
5.判断停止准则:判断当前的参数向量与上一次迭代的参数向量之间的差异是否小于一些阈值,如果小于阈值,则停止迭代,否则返回第2步。
LS算法的优点是收敛速度快,具有较好的数值稳定性。
它对于初始参数的选择并不敏感,因此可以较好地适应不同的初始情况。
此外,该算法还能够在有限的迭代次数内找到较好的参数估计。
然而,LS算法也存在一些不足之处。
首先,该算法对于参数估计的初始猜测比较敏感,不同的初始值可能会导致不同的结果。
其次,算法可能陷入局部最优解,而无法找到全局最优解。
当目标函数存在多个极小值点时,该算法可能会停留在其中的一个极小值点,而无法得到真实的最优解。
总结而言,LS算法是一种常用的非线性参数估计算法,用于解决非线性最小二乘问题。
该算法通过迭代的方式调整参数估计值,使得模型的拟合误差最小化。
它具有收敛速度快,数值稳定性高的优点,但也存在对初始参数敏感和局部最优解的问题。
因此,在使用该算法时,需要进行合理的参数选择和结果验证,以确保得到准确的参数估计。
(整理)LS信道估计算法.
(整理)LS信道估计算法.LS 信道估计假设OFDM 系统模型用下式表示:P P P Y X H W =+ (1)式中H 为信道响应;P X 为已知的导频发送信号;P Y 为接收到的导频信号;P W 为在导频子信道上叠加的AWGN 矢量。
LS 为最小二乘(Least —Square)信道估计, LS 算法就是对(1)式中的参数H 进行估计,使函数(2)最小。
()()()()H H P P P P P P P PJ Y Y Y Y Y X H Y X H =--=-- (2)其中P Y 是接收端导频子载波处的接受信号组成的向量;??P PY X H =是经过信道估计后得到的导频输出信号;?H是信道响应H 的估计值。
??{()()}0?H P P P P Y X H Y X H H--?=? 由此可以得到LS 算法的信道估计值为:11,()H H P LS P P P P P P H X X X Y X Y --==可见,LS 估计只需要知道发送信号P X ,对于待定的参数H ,观测噪声P W ,以及接收信号P Y 的其它统计特征,都不需要其它的信息,因此LS 信道估计算法的最大优点是结构简单,计算量小,仅通过在各载波上进行一次除法运算即可得到导频位置子载波的信道特征。
但是,LS 估计算法由于在孤寂时忽略了噪声的影响,所以信道估计值对噪声干扰以及ICI 的影响比较敏感。
在信道噪声较大时,估计的准确性大大降低,从而影响数据子信道的参数估计。
LMMSE 算法的实现流程:首先我们得到LMMSE 算法的相关公式:211??*((()()))P P P H LMMSE HH H H W LS H R R diag X diag X H σ--=+其中P H 为导频子载波的CFR (振幅因素衰减),P HH R 表示所有子载波与导频子载波的互协方差,P P H H R 表示导频子载波的自协方差。
?LMMSE H 代表信道的阶跃响应。
LS信道估计算法
LS 信道估计假设OFDM 系统模型用下式表示:P P P Y X H W =+ (1)式中H 为信道响应;P X 为已知的导频发送信号;P Y 为接收到的导频信号;P W 为在导频子信道上叠加的AWGN 矢量。
LS 为最小二乘(Least —Square)信道估计, LS 算法就是对(1)式中的参数H 进行估计,使函数(2)最小。
ˆˆˆˆ()()()()H H P P P P P P P PJ Y Y Y Y Y X H Y X H =--=-- (2)其中P Y 是接收端导频子载波处的接受信号组成的向量;ˆˆP PY X H =是经过信道估计后得到的导频输出信号;ˆH是信道响应H 的估计值。
ˆˆ{()()}0ˆH P P P PY X H Y X H H∂--⇒=∂由此可以得到LS 算法的信道估计值为:11,()H H P LS P P P P P P H X X X Y X Y --==可见,LS 估计只需要知道发送信号P X ,对于待定的参数H ,观测噪声P W ,以及接收信号P Y 的其它统计特征,都不需要其它的信息,因此LS 信道估计算法的最大优点是结构简单,计算量小,仅通过在各载波上进行一次除法运算即可得到导频位置子载波的信道特征。
但是,LS 估计算法由于在孤寂时忽略了噪声的影响,所以信道估计值对噪声干扰以及ICI 的影响比较敏感。
在信道噪声较大时,估计的准确性大大降低,从而影响数据子信道的参数估计。
LMMSE 算法的实现流程:首先我们得到LMMSE 算法的相关公式:211ˆˆ*((()()))P P P H LMMSE HH H H W LS H R R diag X diag X H σ--=+其中P H 为导频子载波的CFR (振幅因素衰减),P HH R 表示所有子载波与导频子载波的互协方差,P P H H R 表示导频子载波的自协方差。
ˆLMMSE H 代表信道的阶跃响应。
信道参数估计算法对比
信道参数估计算法对比
在无线通信中,信道参数估计是一个重要的任务,用于估计信道的衰落和噪声等参数。
不同的信道参数估计算法具有不同的性能和复杂度。
以下是一些常见的信道参数估计算法的对比:
1. 最小二乘法(Least Squares, LS):LS是最简单的信道参数估计算法之一,通过最小化残差平方和来估计信道参数。
LS算法的优点是计算简单,但对于噪声较大或信道非线性的情况下,估计结果可能不准确。
2. 最小均方误差法(Minimum Mean Square Error, MMSE):MMSE 算法通过最小化均方误差来估计信道参数。
相比于LS算法,MMSE 算法考虑了估计误差的统计性质,能够在噪声较大的情况下提供更准确的估计结果。
但MMSE算法的计算复杂度较高。
3. 最大似然法(Maximum Likelihood, ML):ML算法通过最大化接收信号的概率密度函数来估计信道参数。
ML算法能够提供最优的估计结果,但计算复杂度非常高,通常需要进行搜索来找到最大似然估计。
4. 卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF):KF算法是一种递归估计算法,通过利用先验信息和测量信息来估计信道参数。
KF算法在计算复杂度和估计精度上都有较好的平衡,适用于动态信道和实时估计的场景。
需要注意的是,不同的信道参数估计算法适用于不同的场景和要求。
在选择信道参数估计算法时,需要考虑估计精度、计算复杂度、实时性等因素,并根据具体的应用需求做出选择。
WPDM-CDMA系统中的LS与MMSE信道估计算法仿真分析
D i v i s i o n Mu l t i p l e A c c e s s )s y s t e m, w e b u i l t a n a p p r o p r i a t e s i mu l a t i o n m o d e l t o e x p l o r e t h e c h a n n e l e s —
t i ma t i o n p r o b l e m i n W PDM- CDMA s y s t e m ,a n a l y z e t wo c o mmo n c h a n n e l e s t i ma t i o n a l g o it r hms kn o wn
第2 7卷 第 8期
Vo 1 .2 7
No .8
重 庆 理 工 大 学 学 报( 自然科 学 )
J o u r n a l o f C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ( N a t u r l a S c i e n c e )
2 0 1 3年 8月
Au g .2 0 1 3
d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 4 - 8 4 2 5 ( z ) . 2 0 1 3 . 0 8 . 0 1 4
WP D M— C D MA 系统 中的 L S与 MMS E 信 道 估 计 算 法 仿 真 分 析
Ab s t r a c t :A c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c o f WP DM— C DMA( Wa v e l e t P a c k e t D i v i s i o n Mu l t i p l e — C o d e
信道估计总结 (2)
信道估计总结LS和半盲信道估计目录一、信道估计概述 (3)二、MIMO系统模型 (4)三、波束成形半盲信道估计 (4)3.1波束成形半盲信道估计概述 (4)3.2传统的最小二乘信道估计 (5)3.3半盲信道估计 (6)A.正交导频设计 (6)B.接收波束成形估计u1 (6)C.发送波束成形估计v1 (7)3.4CLSE和半盲信道估计比较 (8)3.5总结 (10)四、OPML半盲信道估计 (10)4.1概述 (10)4.2W已知的情况下,估计酋矩阵Q (11)A.正交导频ML估计(OPML) (11)B.通用导频的迭代ML估计(IGML) (11)4.3盲估计W (13)4.4仿真结果 (13)4.5总结 (14)参考文献 (14)信道估计总结------LS和半盲信道估计一、信道估计概述移动无线通信系统的发送端所发送的信号经过无线信道传输后,由于无线信道的时变性和多径传播性,会引起传输信号的幅度和相位畸变,同时会产生符号间干扰。
如果采用MIMO 系统,则各发送天线间也会互相干扰。
在通信系统中,需要信道估计参数进行分集合并、相干解调检测和解码,在MIMO环境下,待估计的信道参数个数随着天线个数的增加线性增加,信道估计成为构建系统的难点。
所以,为了在接收端恢复正确的发射信号,找到一种高精度低复杂度的信道估计方法是必要的。
所谓信道估计,就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。
MIMO系统实现大容量的前提是接收机能对接收到的来自各发送天线的信号进行很好的去相关处理,而进行这一处理的必要条件是接收端对信道进行比较精确的估计,获得较准确的信道信息,从而能够正确地恢复被干扰和噪声污染的信号。
在MIMO通信系统中,空时信道的估计和跟踪相对于SISO系统更加复杂,同时对系统误码性能和容量有很大的影响。
这一复杂性主要表现在两个方面:快速移动通信环境所导致的信道时变特性;多径时延扩展的长度较大使得信道变成频率选择性信道,即一个时变的FIR矩阵信道,此时估计与跟踪的实现是较困难的。
E S P R I T 算 法
OFDM中的信道估计Channel Estimation无线OFDM系统中的信道估计一、OFDM系统通常有相干OFDM系统和非相干OFDM系统之分。
1.非相干OFDM系统如果发射端使用差分编码,传输的信息调制到子载波间的变化中,接收端可以使用不需要信道状态信息CSI(Channel State Information)便能够完成解调的非相干差分解调技术,系统接收端可以得到一定的简化。
这种方法的最大优点是接收端不需要知道CSI,因此接收机比较简单。
其缺点是与相干OFDM系统相比,系统的传输性能要降低3-4dB。
2.相干OFDM系统为了弥补这一损失,系统采用相干OFDM系统。
相干OFDM系统发射端可以使用频谱效率更高的QAM技术。
相干OFDM 系统的接收端使用相干检测技术,系统需要知道CSI以对接收信号进行信道均衡,从而信道估计成为系统接收端一个重要的环节。
虽然相干OFDM系统需要知道CSI才能解调而使接收机变得复杂,但获得了更好的系统传输效率和性能,所以,在无线通信应用中,通信系统还是使用相干OFDM系统。
在具有多个发射天线的系统中,如果系统发射端使用了空时编码,接收端进行空时译码时,需要知道每一对发射天线与接收天线之间的CSI。
而CSI可以通过信道估计获得。
信道估计结果还可以用到接收分集的合并算法中,提高信号合并的质量,获得更多的分集增益。
如果存在共道干扰,接收最小均方误差分集合并(Minimum Mean Square Error Diversity Combining,MMSE-DC)系数必须根据信道参数估计值和各个接收天线信号之间的瞬时相关特性进行计算。
二、信道估计信道估计方法通常可分为三类:1.第一类是基于导频(Pilot)符号和插值技术信道估计。
根据插入的导频符号在FIFT之前还是之后,分为时域导频符号插入法和频域导频符号插入法;2.第二类是基于判决反馈信道估计。
3.第三类是基于被传输信息符号的有限字符特性和其统计特性的盲信道估计。
ls与mmse信道估计法
ls与mmse信道估计法
LS(最小二乘)和MMSE(最小均方误差)是常用的信道估计方法,用于估计无线通信系统中的信道特性。
这些方法在数字通信系统中起着至关重要的作用,下面我将从多个角度对它们进行全面的解释。
LS信道估计方法是一种简单直观的估计方法,它通过最小化实际观测值与理论预测值之间的误差平方和来估计信道参数。
LS方法易于实现,计算量较小,适用于信噪比高的情况。
然而,LS方法对噪声的影响较为敏感,当信道噪声较大时,估计结果可能会出现较大偏差。
相比之下,MMSE信道估计方法考虑了信道估计误差和噪声之间的关系,通过最小化均方误差来估计信道参数。
MMSE方法可以有效地抑制噪声对信道估计的影响,提高了估计的准确性和鲁棒性。
然而,MMSE方法需要对信道噪声的统计特性有一定的先验知识,并且计算复杂度较高。
从实际应用角度来看,LS方法适用于信噪比较高的情况,计算简单,适合于实时性要求较高的系统。
而MMSE方法在信噪比较低的
情况下表现更好,能够提供更准确的信道估计结果,适合于对信道估计精度要求较高的系统。
总的来说,LS和MMSE是常用的信道估计方法,它们各有优势和局限性,应根据具体的通信系统要求和实际应用场景选择合适的方法进行信道估计。
在实际工程中,有时也会结合两种方法进行综合估计,以取长补短,提高信道估计的准确性和鲁棒性。
基于DFT的时域LS信道估计算法
基于DFT的时域LS信道估计算法
该算法的基本思想是将时变信道建模为一个多径信道,通过对接收信号进行采样和处理,求解出最优解,得到对信道的估计。
这个方法的核心是基于离散傅里叶变换(DFT)进行信道估计。
首先,接收到的信号通过一系列时延的滤波器进行处理,得到一组经过不同多径信道的信号。
然后,对这些信号进行采样,并进行DFT变换。
DFT变换可以将时域信号转化为频域信号,从而方便对信号进行处理。
接下来,根据接收到的频域信号,利用最小二乘法对信道进行估计。
最小二乘法的目标是最小化接收信号与估计信号的均方误差。
通过对频域信号进行运算,可以得到最优的信道估计。
最后,基于估计的信道,对接收到的信号进行解调和恢复。
通过信道估计算法,可以降低信道带来的影响,提高解调的性能。
在实际应用中,基于DFT的时域LS信道估计算法具有一定的优势和适用性。
首先,该方法对信号进行处理时不需要对信号进行额外的采样,因此可以降低设备的成本和复杂度。
其次,由于基于DFT的信号处理简化了计算运算量,因此可以提高信道估计的效率和准确性。
然而,该算法也存在一些局限性。
首先,该方法对信号的采样和处理过程中,对信号频率满足一定条件限制。
其次,该方法不能估计非线性信道和非时变信道,因此在一些情况下可能不适用。
总结而言,基于DFT的时域LS信道估计算法通过采样和处理接收信号,利用最小二乘法对信道进行估计,从而得到时变信道的信息。
该方法具有一定的优势和适用性,但也存在一些局限性。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的信道估计方法。
宽带无线通信系统中的信道估计算法研究
宽带无线通信系统中的信道估计算法研究随着移动通信技术的飞速发展,宽带无线通信系统在日常生活中扮演着至关重要的角色。
然而,无线信道的不稳定性和复杂性使得信号在传输过程中受到了很多干扰,进而影响了通信质量和数据传输速率。
因此,信道估计变得至关重要,以更好地处理无线信号。
信道估计的目标是通过观察到的信号来估计信道的特征参数。
信道特征包括频率选择性损耗、多径效应、衰落幅度、相位偏移等。
通过准确估计信道特征,可以对这些误差进行补偿和校正,以实现更可靠的数据传输和通信质量。
在宽带无线通信系统中,常用的信道估计算法有基于最小二乘法(LS)、最大似然估计(MLE)、递归最小二乘法(RLS)等。
这些算法应用于多径传播环境下,能够有效地提取信道特征并准确地估计信道。
最小二乘法(LS)是一种经典的信道估计方法,其优势在于简单和易于实现。
该方法通过最小化观测信号与估计信号之间的均方误差,实现了对信道的估计。
然而,LS方法对于噪声和多径信道效应的影响较为敏感,容易受到外界干扰而产生误差。
最大似然估计(MLE)方法是一种统计方法,通过估计信号的概率密度函数(PDF),找到与观测信号最匹配的参数估计。
MLE方法对于噪声和多径传播环境下的信号估计具有较好的性能。
然而,该方法在实现中较为复杂,需要大量计算资源。
递归最小二乘法(RLS)是一种自适应信道估计方法,通过不断更新信道参数估计值来适应信道的动态变化。
相较于LS和MLE方法,RLS具有更好的鲁棒性和适应性。
然而,RLS方法在实际应用中,计算复杂度较高,对计算资源的要求较高。
信道估计算法的选择应根据具体应用场景和系统要求来确定。
在实际的通信系统中,通常会采用多种算法的结合来实现更准确的信道估计。
这些算法可以根据不同情况的需要进行切换和优化,以提高通信系统的性能和稳定性。
除了上述传统的信道估计算法,还有一些新的方法和技术被提出来应对无线信道多样性的挑战。
例如,压缩感知(CS)和深度学习(DL)等技术可以通过对部分信息的采样和学习来提高信道估计的效果。
基于训练的最小二乘算法的信道估计
基于训练的最小二乘算法的信道估计信道估计在无线通信中是非常重要的一项技术,通过估计信道状态信息,可以提高无线信号的接收性能和整体系统容量。
其中,基于训练的最小二乘(Least Squares, LS)算法是一种常用的信道估计方法。
下面将详细介绍LS算法的原理、流程和优缺点。
一、LS算法的原理LS算法是一种基于训练序列的盲信道估计方法,在接收端发送已知的训练序列,并利用接收到的信号来估计信道的频率响应。
其原理是通过最小化接收信号和估计信道响应之间的误差平方和,来得到最优的信道估计。
二、LS算法的流程1. 发送训练序列:在发送端,首先选择一个长度为L的训练序列X=[x1, x2, ..., xL],其中xi为已知的复数值。
通过发送序列X,将其经过信道传输到接收端。
2.接收信号采样:在接收端,对接收到的信号进行采样,得到接收序列Y=[y1,y2,...,yL]。
3.构建接收信号矩阵:将接收序列Y和训练序列X构建为接收信号矩阵Y=[y1,y2,...,yL]和训练信号矩阵X=[x1,x2,...,xL]。
4.估计信道响应:通过最小化误差平方和的方法来估计信道响应矩阵H。
即通过以下的最小二乘问题来求解H:H_LS = arg min ,Y - XH,2其中,.,2表示矩阵的Frobenius范数,H_LS表示最小二乘估计得到的信道响应矩阵。
5.信道反卷积:可以使用信道估计矩阵H_LS进行信道反卷积操作,以提高接收信号的恢复性能。
6.信道补偿:通过信道估计矩阵H_LS,可以对接收信号进行信道补偿操作,以提高信号的解调准确性。
三、LS算法的优缺点优点:1.LS算法是一种计算简单、实现容易的信道估计方法。
2.LS算法适用于各种信道环境,包括单径信道和多径信道。
3.LS算法能够提供较高的信道估计精度。
缺点:1.LS算法对噪声敏感,当信号中存在噪声时,会对估计结果产生较大影响。
2.LS算法对于信道存在时变性的情况,估计结果较为有限。
无线网络中的信道估计算法研究
无线网络中的信道估计算法研究随着移动通信技术的逐步发展和普及,无线网络成为人们日常生活不可或缺的一部分。
在无线通信中,确保传输的数据的准确性和可靠性是非常重要的,而信道估计就是保证无线通信可靠性的重要环节。
信道估计主要是指在接收端通过对接收信号进行处理,来推测出信号经过的通道信息,以准确地估计出输入信号,以及预测未来的信道状态。
在无线移动通信领域,信道估计算法的研究和应用已经成为许多学者关注的热点问题,本文将就此展开探讨。
一、信道估计概述信道估计是无线通信中的一个重要环节,其目的是对无线信道进行估计和建模,来使接收方尽可能地准确估计出信号特征参数,如频率、相位、频带等信息。
信道估计可以在接收端或者发送端进行,以保证通信过程中信号稳定可靠,传输误差尽可能小。
传统的信道估计方法大多使用了基于最小二乘法(LS)、最小均方误差(MMSE)和最大似然估计(MLE)等等数学公式的估计方法,但是由于传输环境的复杂性,估计误差难以避免。
为了克服这一困难,近年来,大量的研究工作已经将深度学习引入到信道估计中,取得了不错的效果。
二、基于传统算法的信道估计1. 最小二乘法(LS)估计最小二乘法(LS)估计算法是最常用的一种估计算法,在信道估计中也得到广泛的应用。
它通过最小化信道估计值和接收信号之间的均方误差来实现估计,使接收器估计出准确的传输通道,从而克服了传输过程中产生的突发干扰。
2. 最小均方误差(MMSE)估计最小均方误差(MMSE)估计算法是一种先进的估计算法,主要是针对存在噪声干扰的信道环境进行估计。
该方法是基于先验信息来估计信道的状态,使用了贝叶斯定理,快速和准确地估计信道。
3. 最大似然估计(MLE)算法最大似然估计(MLE)算法是一种通过最大化接收到的信号与估计信号之间的相似性的估计算法,它可以最大程度地减少误差信号的影响,使接收端能够更加准确地估计出信道特征参数。
三、基于深度学习的信道估计1. 卷积神经网络(CNN)算法卷积神经网络(CNN)算法是基于深度学习的一种估计算法。
基于LS算法的OFDM信道估计的研究与改进
基于LS算法的OFDM信道估计的研究与改进王炼红;刘庆娜;刘宏力;罗晶;张红俊【摘要】OFDM信道估计中,LS算法因其运算简单,得到了广泛应用。
但是在实际的系统中,由于有非理想因素的存在,使得该算法受到载波间干扰(ICI)噪声的影响;并且突发传输时,信道响应会受到外界噪声的干扰,使估计的信道响应幅值在一定范围内上下波动,并带有尖峰和毛刺。
为了解决此问题,提出了一种基于LS算法的最优化FIR滤波器(切比雪夫滤波器)信道估计算法。
切比雪夫滤波器在过渡带衰减很快,和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小,因此该算法较之传统的加窗算法,能保证局部频率点的性能也是最优的,进而有效地减小均方误差(MSE)。
在高斯白信道环境下引入突发噪声,对所提方案进行了仿真,其结果验证了该方法能有效消除通带内因突发传输引起的毛峰和尖刺。
%LS algorithm has been widely used in the OFDM channel estimation because of its simple operation. In actual systems, however, the algorithm is influenced by the noise of Inter-Carrier Interference(ICI)due to the presence of non-ideal factors. Meanwhile channel response will be interfered with outside noise in the burst transmission, which makes the estimated channel response amplitude fluctuate a certain range and have spikes and glitches. In order to solve this problem, an OFDM channel estimation based on the optimization of the FIR filter(Chebyshev filter)algorithms is proposed. Chebyshev filter attenuates quickly in the transition zone, and the error between it and the ideal filer frequency response curve is the smallest. So this algorithm can guarantee the performances of the local frequency are optimal compared to the traditional filer algorithm by simulation. Theunexpected noise is introduced in the white Gaussian channel environment and a simulation of the proposed scheme is given. The simulation results show that this method can effectively eliminate the spikes and glitches in the passband caused by burst transmission.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2014(000)024【总页数】5页(P213-217)【关键词】正交频分复用(OFDM);信道估计;最小平方(LS)算法;有限长单位冲激响应(FIR)滤波器;均方误差(MSE)【作者】王炼红;刘庆娜;刘宏力;罗晶;张红俊【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TN925.5正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一种多载波调制技术,它能够降低符号间干扰(ISI)和码间干扰(ICI)对信号的影响,而且频谱利用率高,能够有效地对抗多径时延扩展,因此OFDM成为新一代移动通信的关键技术之一[1-3]。
基于训练的最小二乘(LS)算法的信道估计
基于训练的最小二乘(LS )算法的信道估计一、概述与背景随着近年来无线通信系统的高速发展,基于阵列的接收机和空时分集方法逐渐成为研究热点。
现在无论是在理论分析还是在富散射环境的实地测试中,MIMO (multiple-input multiple-output)系统都能够大幅度提高无线通信系统的容量。
设一个t 发射天线、r 接收天线的MIMO 系统,其接收信号可表示为:ii i v Hp s +=(1)H 表示随机信道复矩阵,i p 表示t×1发送信号复向量,i v 表示零均值白噪声复向量。
为了估计信道矩阵H ,假设发送的训练信号为Np p ,…,1,其中t N ≥.其对应的r×N 接收信号矩阵][,1N s s S ,…=可表示为:VHP S +=(2)其中][,1N p p P ,…=表示t×N 训练矩阵,][,1N v v V ,…=表示r×N 噪声矩阵。
而MIMO 技术的要点在于得到一个精确的信道状态信息(CSI)。
而信道估计算法的任务是基于S 和P 的信息来恢复信道矩阵H 的信息.信道估计有非盲信道估计方法、盲信道估计方法和半盲信道方法。
目前使用最为广泛的MIMO 信道估计方法是非盲信道估计方法,也即使用导频信号(又称为训练序列)然后基于接收数据和训练序列的信息来实现信道估计。
盲信道估计实质上是利用信道潜在的结构特征或者是输入信号的特征达到信道估计的目的。
而半盲信道方法估计是上述两种信道估计方法的综合与平衡。
本文主要讲的是最小二乘算法的信道估计,并用matlab 对LS 算法进行仿真,仿真内容是ZF 下理想信道与LS 估计信道的性能比较和LS 估计信道的不同天线数MIMO 系统的性能比较。
二、最小二乘(LS)信道估计算法由上述可知,已知P 和接收信号的信息,则信道矩阵的恢复可以使用最小二乘(LS )算法来进行估计,表示为:∗=SP H LSˆ(3)其中1)(−∗=H H PP P P 是表示P 的伪逆矩阵,H)(⋅表示H 变换。
信道估计总结
寒假信道估计技术相关内容总结目录第一章无线信道....................................... 错误!未定义书签。
概述........................................................ 错误!未定义书签。
信号传播方式................................................ 错误!未定义书签。
移动无线信道的衰落特性...................................... 错误!未定义书签。
多径衰落信道的物理特性...................................... 错误!未定义书签。
无线信道的数学模型.......................................... 错误!未定义书签。
本章小结.................................................... 错误!未定义书签。
第二章 MIMO-OFDM系统................................. 错误!未定义书签。
MIMO无线通信技术........................................... 错误!未定义书签。
MIMO系统模型........................................... 错误!未定义书签。
MIMO系统优缺点......................................... 错误!未定义书签。
OFDM技术................................................... 错误!未定义书签。
OFDM系统模型........................................... 错误!未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
LS 信道估计
假设OFDM 系统模型用下式表示:
P P P Y X H W =+ (1)
式中H 为信道响应;P X 为已知的导频发送信号;P Y 为接收到的导频信号;
P W 为在导频子信道上叠加的AWGN 矢量。
LS 为最小二乘(Least —Square)信道估计, LS 算法就是对(1)式中的参数
H 进行估计,使函数(2)最小。
ˆˆˆˆ()()()()H H P P P P P P P P
J Y Y Y Y Y X H Y X H =--=-- (2) 其中P Y 是接收端导频子载波处的接受信号组成的向量;ˆˆP P
Y X H =是经过信道估计后得到的导频输出信号;ˆH
是信道响应H 的估计值。
ˆˆ{()()}0ˆH P P P P Y X H Y X H H
∂--⇒=∂
由此可以得到LS 算法的信道估计值为:
11
,()H H P LS P P P P P P H X X X Y X Y --==
可见,LS 估计只需要知道发送信号P X ,对于待定的参数H ,观测噪声P W ,以及接收信号P Y 的其它统计特征,都不需要其它的信息,因此LS 信道估计算法的最大优点是结构简单,计算量小,仅通过在各载波上进行一次除法运算即可得到导频位置子载波的信道特征。
但是,LS 估计算法由于在孤寂时忽略了噪声的影响,所以信道估计值对噪声干扰以及ICI 的影响比较敏感。
在信道噪声较大时,估计的准确性大大降低,从而影响数据子信道的参数估计。
LMMSE 算法的实现流程:
首先我们得到LMMSE 算法的相关公式:
211ˆˆ*((()()))P P P H LMMSE HH H H W LS H R R diag X diag X H σ--=+
其中P H 为导频子载波的CFR (振幅因素衰减),P HH R 表示所有子载波与导频子
载波的互协
方差,P P H H R 表示导频子载波的自协方差。
ˆLMMSE H 代表信道的阶跃响应。
从公式中可以看出LMMSE 使用子载波间的协方差以及SNR 等信息进行信道估计。
因为H -1(diag(X)diag(X))可以作为一个常量。
则H -1(diag(X)diag(X))可以替换为其期望值:2H -1E{(diag(x)diag(x))}=I W SNR
β
σ,其中I 代表单位矩阵。
所以,上式又可变为1ˆˆ*()P P P LMMSE HH H H LS
H R R I H SNR
β-=+。
其中,星座因子β与采用的调制方式有关:对于16QAM 调制为17/9;对于QPSK
调制为1。
SNR 是每个符号的信噪比;ˆLS H 表示参考信号处由LS 估计的信道冲激响应值;
因为要进行求逆运算,所以运算的复杂度较高。
如果参考信号的子载波数目较多,则求逆运算会变得很复杂。
下面则将对LMMSE 算法进行改进。
在这里我们采用了奇异值分解的方法对估计器进行低阶近似。
将信道的自相关函数分解为:H HH R =U U Λ。
则原公式可以化为:0ˆˆ00n
H SVD LMMSE LS H U U H -∆⎛⎫=
⎪⎝⎭
其中11
1()diag(
,....,)N N I SNR
SNR SNR
λλβ
ββλλ-∆=ΛΛ+=++.这样在某种程度上就可以大大减少运算量。
插值算法
在估计完导频子载波处的信道传输函数后,数据子载波处的信道响应可以通过在相邻的导频子载波间插值得到。
不同的插值算法具有不同的计算复杂度和性能,下面讨论一些常用的插值算法。
1. 线性插值法
线性插值就是利用前后相邻的2个导频子载波的信道响应,来线性地计算出处于它们之间的数据子载波上的信道响应。
对于第k 个子载波,采用线性插值算法,其信道的频域响应为:
1ˆˆˆˆˆ()()(){[(1)]()}p p P
H k H mL l H mL H m L H mL L
=+=++- (,0)k mL l l L =+<<
式中 (1)mL k m L <<+,L 为导频子载波之间的距离(即f N ),m 为导频的相对位置,下同。
2. 二阶插值法
二阶插值算法的性能要优于线性插值。
这种方法利用了前后相邻3个导频子载波的信息进行二阶插值,得到第k 个子载波的信道频域响应为:
101ˆˆˆˆˆ()()(1)()(1)p p P H k H mL l C H m C H m C H m -=+=-+++ 其中,1(1)
2
C αα-=
,0(1)(1)C αα=-+-,1(1)
2
C αα-+=
且1
L
α=。
3. 时域插值法
时域插值算法是一种基于补零和 DFT/IDFT 运算的高精度插值算法。
先将已
估计出的导频子载波处的信道频域响应ˆ{(),0,1,...,1}p p H k k N =-进行IDFT 变换得:
1
2/0
ˆ()()(01)p p
N j kn N p p p k G n H k e n N π-==
≤≤-∑ 然后,按下式将信号p N 点插值到N 点
(),
0/2()0,/2/2(),/21
P P N P P P
P P G n n N G n N n N N G n N N N N n N ≤≤⎧⎪
=≤≤-⎨⎪-+-≤≤-⎩
最后,对()N G n 进行DFT 变换得到所有子载波上的信道的频域响应:
1
2/0ˆ()()(01)P
N j kn N N
n H k G n e k N π--==≤≤-∑
算法运算的复杂度用每个子载波上的信道频域响应所需要执行的乘法次数
M N 和加法次数A N 衡量,各插值算法的计算复杂度见表1所列。
表1 插值算法的计算复杂度
各种插值算法的估计精度从高到低依次为:时域变换插值算法、二阶插值算法、线性插值算法。
在高信噪比环境下,时域变换算法不会像另2种算法那样产生平台效应,不会由于插值算法的平台效应限制系统性能的提升。