基于导频的OFDM信道估计

( n)
n =1
N
信道估计的实现
仿真结果
信道估计的实现
仿真结果
信道估计的实现
仿真结果
信道估计的实现
仿真结果
谢 谢！
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法 发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
基于导频的OFDM信道估计方法
研究任务
如何最有效地从导频位置恢复出导频时刻的信道信息 ~ 接收端根据接收到的导频位置的信号估计信道传输参数H
信道估计的实现
最大似然估计
使P( Z ; h) = 1 exp[ 1
H ( Z Bh ) ( Z Bh )]极大 2
w
Np
2N p

即求S = (Z Bh ) H (Z Bh )的极小值
可以得到h的最大似然估计
H 1 H ˆ hMLE = ( B B) B Z
ˆ ˆ h H MLE
P = [ P(i0 ), P(i1 ),...P(iN p 1 )]
来表示DFT导频位置的输出值，
P = ABh w
(1)
信道估计的实现
P = ABh w (1)
其中：A为对角阵，A = diag{a0 , a1, ...aN p 1} B为N p L的DFT矩阵,
[ B]n ,k = e j 2kin / N ;0 n N p 1,0 k L 1 n, k表示B矩阵的行和列, N, L表示一个OFDM帧的子载波数和OFDM符号个数
估计准则
最小均方误差（MMSE） 最大似然估计（MLE） 最小平方（LS）
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
基于导频的OFDM信道估计方法
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
基于导频的OFDM信道估计方法
基本过程
在发送端适当位置插入导频，接收端利用导频 ~ 恢复出导频位置的信道信息 H ，然后利用某种 处理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段 ˆ 的信道信息 H

信道估计的实现
基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入
(a)梳状导频插入
(b)块状导频插入
基于导频的OFDM信道估计方法
性能比较

梳状导频插入
在所有的OFDM符号中特定的子载波位置放置 导频需要估计导频处的信道响应又要使用内插方法 计算出其余频点处的信道响应

块状导频插入
在特定间隔的OFDM符号的所有子载波上放置导频 适合于信道慢变的情况
广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、WLAN中广泛 应用 1995年，ETSI制定了DAB标准 1997年，DVB标准也开始投入使用 1998年，IEEE802.11选择OFDM作为WLAN的物 理层接入方案。
OFDM发展及基本原理
基本原理
将发送的数据流分散到许多个子载波上，使 各个子载波的信号速率大为降低，从而能够提高 抗多径和抗衰落的能力。为了提高频谱利用率， OFDM中各个子载波频谱有1/2重叠，但保持正交， 在接收端通过相关解调技术分离出各载波，同时 消除码间干扰的影响。
盲估计
不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获 得信道的估计值
信道估计的基本方法
比较
基于导频符号的信道估计
优点：信道估计具有实时性，可以应用于时变信道 缺点：频谱利用率低
盲信道估计
优点：频率利用率高 缺点：信道估计需要积累一定的时间，不适用于时 变信道
信道估计的基本方法
在基于OFDM 的新一代无线通信系统中，由于传 输速率较高，并且需要使用相干检测（coherent detection）技术获得较高的性能，因此通常使用 非盲估计获得较好的估计效果，这样可以更好的 跟踪无线信道的变化，提高接收机性能。
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
信道估计的基本方法
信道估计的分类
非盲估计
在估计阶段首先利用导频来获得导频位置的信道 信息，然后为下面获得整个数据传输阶段的信道信息 做好准备
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
信道估计的实现
~ 恢复 H 的准则
{an ;0 n N p 1} 假设在一个OFDM符号中共有 N p 个导频，
{in ;0 n N p }用N p 维矢量 分散在OFDM符号中的一个已知的位置，
OFDM发展及基本原理
系统模型
OFDM发展及基本原理
信道估计的必要性
信道估计是通信领域的一个研究热点，它是进行相 关检测，解调，均衡的基础。根据调制方式(差分或 非差分)的不同，在接收端采用不同的解调方法。如 果发射机采用非差分调制方案，则接收机就必须采用 相干解调。而在相干解调中每个子载波必须是同步的 或者相位的偏移是已知的。为了在接收机上产生这些 信息，我们必须进行信道估计来为信道传输系数提供 估计值。
研究任务
利用在数据流中插入一定数量的已知数据（导 频）来进行信道估计，这样就可以通过已知点上 的信道响应的采样值来估计出整个信道的响应
~ ˆ H H
实现方式
基于MMSE 的的改进信道估计技术 使用近似方法实现信道估计
基于导频的OFDM信道估计方法
基于MMSE 的的改进信道估计技术
通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时刻信 道的信息的最优准则是MMSE ，理论可以得到最小均 方误差意义上（MMSE 准则）的最佳滤波器是二维维 纳滤波器（Wiener filter）。但是二维滤波的方法比 较复杂(需要信道的某些信息)且计算量非常大。将二 维滤波器分解成为两个级联的一维滤波器：一个频域 滤波器和一个时域滤波器，这里频域滤波器利用信道 的频域相关信息进行滤波，时域滤波器利用信道的时 域相关信息滤波。
基于导频的OFDM信道估计方法
使用近似方法实现信道估计
利用已有的数据实现对真实信道的拟合，一般采 用内插方法，常用的内插方法有线性内插，高斯内插 以及cubic 内插的方法。 内插方法本身的优势在于不需要信道统计特性和 实现简单
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
基于导频的OFDM信道估计
霍俊彦 学号：0408110160 2004 年 12 月 22 日
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

W为均值为零方差为的高斯噪声复矢量
h为实际的冲激响应的复矢量，也就是要估计的目标
信道估计的实现
P = ABh w (1)
两边同乘以A H ，若 对若对导频信号进一化，即 a n = 1，，得
~ Z = Bh + w (2) ~ = A H w, Z = AH P 式中w
信道估计的目的就是通过接收到的Z来估计信道的 频率响应H。常用有两种信道估计方法：最大似然 准则(MLE)和最小均方误差准则(MMSE) 。
信道估计的实现
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息

信道估计的实现
OFDM发展及基本原理
OFDM发展史
自从20世纪80年代以来，OFDM已经在数字音频
基本步骤
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息如何较好的恢复出
所有时刻信道的信息
主要内容
OFDM发展史及基本原理 信道估计的基本方法 基于导频的OFDM信道估计方法
发送端导频的选择与插入 接收端导频位置信道信息获取的方式 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时 刻信道的信息
其中Ch = E{hh H }
ˆ ˆ h MMSE H
信道估计的实现
仿真条件
带宽B=2kHz; 时域采用周期T=224us； f为多普勒频移，假设最大值为10Hz；
调制方式采用16-QAM调制；加误差用总体均方误差来计算 = N 2 ˆ 其中均方误差 (n) = E{ H H }
信道估计的实现
最小均方误差准则(MMSE)
在无线信道中，假设h是一个Rayleigh分布的L*1复矢量
ˆ (h)]H S[Z Z ˆ (h)]P(h / Z )达到最小 使B (Z / h) = [Z Z
2 1 H 1 H ˆ h = ( C B B ) B Z MMSE h