基于导频的OFDM无线通信信道估计算法

频率响应
符号序列 图３ Ｌｓ信道估计符号序列与信道频率响应的关系
从图３上可以很清楚地看到，各个信息符号之间的变化 是等间隔的。ＬＳ信道估计算法将两个导频符号之间的信道 频率响应看作简单线性关系，等量的增加或减少，这种算法虽 然简单，易于实现，但是误码率较高。
改进的Ｌｓ信道估计算法，没有增加计算的复杂程度，利 用导频符号的信道频率响应，给出第一个符号Байду номын сангаас频率响应值， 利用前一个符号估计得到的信道频率响应来均衡下一个信息 符号的频率响应，并在Ｌｓ估计的基础上，用△Ｈ对初步估计
ｄａｔａ ｆＩｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ０ＦＤＭ ｃｏｍｍｕ而ｃａｔｉｏｎｓ ｄｉｒｅｃⅡｙ． Ａｎ
ｓｑｕａｒｅ（Ｌｓ）ｃｈ栅ｅｌ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｌｌＩＩｌ ｗ船ｐｒ叩∞ｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａ瑚ｍｉ８ｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｅ鹪ｔ
图１ ＯＦＤＭ系统框图
信道估计就是估计从发送天线到接收天线之间的无线信 道的频率响应。根据接收的经信道影响产生了幅度和相位畸 变并叠加了各种噪声的接收序列来准确辨识出信道的时域或 频域传输特性。对于０ＦＤＭ系统而言就是估计出每一个子 载波上的频率响应值也（蠡＝０，１，２，…，Ｊ７、ｒ—１）。 ２．１导频插入图样
￡是导频符号间隔，Ｍ是导频符号个数），然后利用导频处的 信道频率响应函数圩‘（Ｊ｜｝）对整个传输信道的频率响应函数
Ⅳ‘＝ｌ端，端，…，黼ｌ 日（．｜｝）进行估计。即： ㈤
式（２）为导频符号的信道频率响应。其中，ｓ为导频序列， ｒ为对应的接收符号序列。
万方数据
对于非导频符号处，利用线性插值进行估计，即：
小尺度衰落是用来描述短距离（几个波长）或短时间（秒 级）内接收信号强度快速变化的。移动无线信道的主要特征 是多径，由于这些多径使得接收信号强度快速变化，从而产生 了小尺度衰落。小尺度衰落反映了无线信号在较短的距离或 时间之内的快速变化特性，因此，也称为快衰落Ｊ】。实际测 量发现，快衰落情况下，在非常短的距离内，接收机信号的起 伏可达１０—３０ｄＢ。
１ 无线通信信道特性
无线信道的传播模型可以分为大尺度传播模型和小尺度 衰落模型两种。大尺度传播描述了长距离（几百米甚至更 长）内接收信号的强度的缓慢变化，这些变化由发射天线和 接收天线之间传播路径上的山坡或湖泊以及建筑物等造成 的…。一般来说，大尺度衰落与发送天线和接收天线之间的 距离成反比，且在不同的地区有不同的衰减因子。大尺度衰 落对信号的影响反映为信号随传播距离的增加而缓慢起伏变 化，因此，也叫慢衰落。大尺度衰落的典型代表是自由空间的 传播损耗和阴影衰落。
日札＋Ｐ＝日札＋Ｐ．Ｉ＋ａ△Ⅳ；Ｏ＜瑾＜１
（４）
其中：埘＝以帅一日砒妒。，日为最终修正的信道频率响应
值，Ⅳ为进行Ｌｓ信道估计算法估计出的信道频率响应值。具 体估计修正过程如下：
１）运用Ｌｓ信道估计算法，估计出第一个信息符号的信 道频率响应而ｋ¨。
２）用Ⅳ一一＝站＋ａ（爿札＋。一只二）修正第一个信息符号
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计算机应用
２００８年
得到的频率响应值进行修正，从而使估计的信道更加趋近实 际的无线信道。
从式（４）可以得到：
詹。Ｌ＋ｐ＝。Ｂｆ‘止＋Ｐ＋（１一ａ）日。￡叩一ｌ
（５）
从式（５）可以看出，对ＬＳ信道估计算法估计出的信道频
率响应进行修正的过程其实是一种反馈的过程，反馈算法在
信道估计算法中得到广泛的应用，但是反馈算法，在前一个符
在基于导频的ＯＦＤＭ信道估计中，导频的插入方案可以 分为两种：梳状插入法和块状插入法。梳状插入法是在每一 个０ＦＤＭ符号中，都使用一些子信道作为导频信道，在接收 端根据这些导频符号的信道信息，利用一定的信道估计方法 恢复整个信道的信息；而块状插入法是将某些ＯＦＤＭ符号的 全部子信道都用来传输导频符号，这时估计到的信道信息作 为以后所有时刻的信道信息，直到接收到下一个导频信息符 号。在慢衰落信道的情况下，这两种方案的估计性能一样。 但是，无线中有较大的多普勒效应，信道变化快，属于快衰落 信道，而块状插入法其实假设了信道在连续几个符号内保持 不变，其估计性能远远不如梳状插入法。图２给出了两种导 频插入图案。基于这两种导频图案，又衍生出了许多导频图 样，如矩形分布、六边形分布、对角分布和随机分布等模式。
的信道频率响应。
３）将修正过的信息符号作为导频符号，与后面的导频符 号做ＬＳ信道估计，估计出下一个信息符号的信道频率响应， 并用式（４）对估计出的信道频率响应进行修正。
４）重复３），直至导频符号。 ３．２算法分析
经过基本的ＬＳ信道估计算法得到的信道频率响应在两 个导频符号之间成线性分布，为了更形象地说明符号之间的 相互关系，给出了图３。
第２８卷 ２００８年１２月
计算机应用
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖ０１．２８ Ｄｅｃ．２００８
文章编号：１００ｌ一９０８ｌ（２００８）ｓ２—００３２一０３
基于导频的ＯＦＤＭ无线通信信道估计算法
唐良瑞，张平，张勤
（华北电力大学电气与电子丁：程学院，北京１０２２０６） （ｚ｝Ｉ¨印ｉｎｇｌＯｌ９＠８ｉｎ８．ｃｏｍ）
由于无线信道存在时延扩展，而且高速信息流的符号宽 度又相对较短，所以符号之间会存在较严重的符号间干扰 （１ｓＩ），信号必然要发生失真，为了在接收端能更好地进行解 调，需要对信号进行均衡＂硝Ｊ。ＯＦＤＭ通信的均衡一般是在 接收方了解信道的频域传输函数的基础上，对接收信号进行 频域均衡处理。由于无线信道的传输特性曲线复杂多变，不 可能事先预测得到，因此，实时准确地估计得到无线信道的传 输特性成为无线０ＦＤＭ通信的一个重要环节。
信道估计的方法有很多，在无线通信中，一般采用插入导 频的方法进行信道估计。本文分析了无线通信的信道特性， 介绍了基于导频的最小二乘法（ｋ踮ｔ ｓｑｕａｒｅ，ＬＳ）信道估计算 法，并以此为基础，提出了改进的Ｌｓ信道估计算法——
ＦＤＬＳ。改进的Ｌｓ信道估计算法，在两个导频符号之间，利用 前一个符号估计得到的信道频率响应来均衡下一个符号的信 道频率响应，在两个导频符号之间形成一个循环递归。实验 结果表示，该算法有效地提高了数据的传输质量。
１００ｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｉｌｏｔ
８”ｎｂｏｌｓ． Ｉｔ ｎｏｔ ｏＴＩｌｙ ｉｍｐｍｖｅｓ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｒ峙ｈｉｐ ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ｐｒｏＨｆｂｍｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｒｏｌ弓．Ｔｈｅ ｅｘｐ谢ｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌ协
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万方数据
１２月
唐良瑞等：基于导频的ＯＦＤＭ无线通信信道估计算法
３３
Ｐ（ｄ）＝ｄ一“×Ｓ（ｄ）×尺（ｄ）
（１）
其中：ｄ为移动台与基站之间的距离。ｄ１为自由空间的传播
损耗，ｓ（ｄ）为阴影衰落，Ｒ（ｄ）为多径衰落。
２ 基于导频的ＯＦＤＭ信道估计算法
ＯＦＤＭ通信是一种多载波调制技术，它可以实现动态的 数据流分配。得到了信道的传输特性的估计，就可以实现频 域上衰减小、信噪比大的那部分子载波以较高的速率传输，甚 至放弃使用，从而达到传输的最优化。图１给出了ＯＦＤＭ信 道估计的整个流程。
号估计错误的情况下，由于反馈回路的存在易造成误差扩
爿二叩＝（日－＋Ｉ）Ｌ一日二￡）｛Ｌ＋月二；Ｐ＝１，２，…￡一ｌ
‘Ｊ
（３） 这种信道估计算法，计算简单，但是，误码率较高。针对 这种情况，本文提出了一种改进的信道估计算法：在ＬＳ信道 估计的基础上，利用前一个符号估计得到的信道频率响应对 下一个信号估计得到信道频率响应进行修正，从而提高了插 值的准确性，降低了数据传输的误码率。
ｏ·ｏ ｏ· ｏ●ｏ ｏ● ｏ●ｏ ｏ●
ｏ●ｏ ｏ● ｏ●ｏ ｏ● Ｏ●ｏ ｏ●
Ｏ●ｏ ｏ● ｏ●ｏ ｏ● Ｏ●ｏ ｏ●
时间
（ａ）梳状导频插入
（ｂ）块状导频插入
图２导频模式
时间
２．２基于梳状导频的Ｌｓ算法
基于导频的信道估计算法，首先要计算出导频符号处的
信道系数日‘（｜ｊ｝）（．｜｝＝ｍ×￡；ｍ＝０，ｌ，２，…，Ｍ一１；Ｍ＝Ⅳ／￡，
３ 改进的ＬＳ信道估计算法
３．１算法描述 经过基于导频的ＬＳ算法估计后，信道频率响应在两个导
频之间是成线性分布的，这是一种理想状态的信道变化，符 号之间的信道频率特性成线性关系，虽然考虑到了信号之间 的关联性，但是忽略了信道的突变。改进的Ｌｓ信道估计算 法，利用前一个符号估计得到的信道频率响应对下一个信号 估计得到信道频率响应进行修正，在两个导频符号之间形成 一个循环递归。即：
关键词：无线通信；最小二乘法；信道估计
中图分类号：哪９１．９ 文献标志码：Ａ
Ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｉｌｏｔ－ａｉｄｅｄ ｏＦＤＩⅥｆＩｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
（Ｓｃ＾础矿Ｅ胁咖ｆ ｎ，ｌＴｄ肼ＡＮ耐Ｇ啪Ｌ如ｉａＥｎ画ｇ— 删而ｒｕＩｉｇ，，Ｚ№ＨＡ＾Ｎ劬Ｇ讹ＰＥｉ‰ｎｇ打，证ＺＰＨ伽ＡＮ盯Ｇ‰Ｑ胁ｉｎ溉啪１０２２０６，醌厶Ⅺ）
综上所述，可以将移动通信接收信号的功率表示为ｐ】：