OFDM信道估计论文(IP大作业)分析

OFDM信道估计算法研究

摘要—正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术，它通过将频率选择性衰落信道在频域内转换成平坦信道，从而减少多径影响，成为第四代(4G)移动通信系统的核心技术。信道估计技术是OFDM系统的研究热点之一。信道估计算法大致可分为基于导频的信道估计和盲估计。文中研究了LS和MMSE基于导频的信道估计算法，并对两种算法进行了分析和性能比较。此外，还研究了不同的插值算法对OFDM系统的误码性能影响。仿真结果表明MMSE算法较LS算法可以更加准确的跟踪信道的变化，从而保证更加准确地估计出信道信息，而高阶的插值算法能有效提高系统误码性能。

ABSTRACT—OFDM is an effective technique for high-rate multi-carrier wireless transmission system. It reduces the effects of the multi-path fading by converting a frequency-selective channel into a parallel collection of frequency flat sub-channels. And OFDM is the key technique of the fourth generation of communications. Channel estimation has attracted widespread attention. There are two estimation techniques: pilot-aided and blind channel estimation. Different pilot-aided channel estimations LS and MMSE in OFDM systems is presented and analyzed in this paper. In addition, the performance of the SER is presented in different interpolation algorithms. The simulation results show that MMSE outperforms LS and high-order interpolation algorithm can improve the system performance.

1 引言

未来的无线多媒体业务要求数据传输速率较高，同时又要求保证质量，这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期。基于这样的考虑，产生了OFDM技术[1]。OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号合成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输，有效地抵抗无线移动环境中的频率选择性衰落，减少多径的影响[2]。然而要想完全实现OFDM技术所带来的性能的提高，还需要进行相关技术的实现，而信道估计就是其中之一[3]。

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。由于OFDM多载波的出现，这位信道技术应用提供了新的空间。从最早的

无分集的单载波信道估计到现在有分集的多载波信道估计，从时域或频域信道估计到现在的时频域二维估计，信道估计的性能在不断提高。本文就基于导频的信道估计做了详细的阐释，给出了典型估计方法LS 和MMSE 的比较和仿真。在此基础上，研究了不同差值算法对系统误码性能的影响，并得出相关结论。

2 信道估计原理及方法

信道估计从大的角度可以分为基于导频的信道估计和盲估计。

所谓的非盲估计指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；盲估计是指在不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获得信道的估计值。与基于导频的信道估计技术相比，盲信道估计使系统的传输效率大大提高，然而由于盲信道估计算法一般收敛速度较慢，这阻碍了它在实际系统中的应用。

在基于OFDM 的无线通信系统中，由于传输速率较高，并且使用相干检测技术获得较高的性能，因而通常使用非盲估计便可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，提高接收机的性能。

基于导频的信道估计是指在数据发射时，将收发双方已知的导频符号离散的安插在有效数据之中，从时域和频域这一二维结构看去，只要在两个方向的导频密度满足采样定理，就可以精确估计信道的时变和衰落特性。利用导频进行信道估计的一大优点就是能够适应快衰落信道。

2.1 OFDM 导频结构

根据导频排列的不同，导频结构可以分为三种：块状类型、梳状类型和格状类型[4]。

2.1.1 块状类型

图2.1所示为块状类型的导频排列。在这种类型中，周期性地发射OFDM 符号以进行信道估计，其中每个导频符号上的所有子载波都用做导频。利用这些导频进行时域插值，沿时间轴估计信道，令t S 表示导频符号的周期。为跟踪时变信道特性，导频插入周期必须与相干时间保持一致，导频符号的周期必须满足：

1t Doppler

S f

(2-1)

其中，Doppler f 为多普勒频移。

图2.1 块状类型的导频排列图 2.2 梳状类型的导频排列图 由于导频是周期性地插入导频符号所有的子载波中，所以块状导频的排列适用于频率选择性信道，而不适用于快衰落信道。

2.1.2梳状类型

图2.2所示为梳状类型的导频排列。在这种类型中，在每个OFDM 符号的子载波上周期性地放置导频信号，然后利用这些导频信号进行频域插值，沿频率轴进行信道估计。令f S 为导频在频率上的周期。为了跟踪频率选择性信道的特性，放置的导频符号的频率必须与相干带宽保持一致。以进行信道估计，其中每个导频符号上的所有子载波都用做导频。利用这些导频进行时域插值，沿时间轴估计信道，令f S 表示导频符号的周期。为跟踪时变信道特性，导频插入周期必须与相干时间保持一致，导频符号的周期必须满足：

max

1

f S σ≤

(2-2)

其中max σ为最大时延扩展。

与块状类型的导频排列不同，梳状类型的导频排列适用于快衰落信道，而不是频率选择性信道。

2.1.3格状类型

图2.3所示为格状类型的导频排列。在这种类型中，以给定的周期沿时间轴和频率轴两个方向插入导频。导频分散在时间和频率轴上，使信道估计在时域和频域上的差值更为便利。令t S 和f S 分别表示导频符号在时间和频率上的周期。为了跟踪信道的时变和频率选择特性，导频符号的排列必须同时满足：