OFDM信道估计

基于导频的OFDM信道估计霍俊彦学号：04081101602004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。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。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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（coherentdetection）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，然后利用某种处理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段的信道信息H~Hˆ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基本步骤主要内容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信道估计方法估计准则最小均方误差（MMSE）最大似然估计（MLE）最小平方（LS）H~传输参数频位置的信号估计信道接收端根据接收到的导如何最有效地从导频位置恢复出导频时刻的信道信息研究任务主要内容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实现方式HHˆ~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（Wienerfilter）。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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}0;{pnNni分散在OFDM符号中的一个已知的位置，维矢量用pN)](),...(),([110=pNiPiPiPP来表示DFT导频位置的输出值，的准则H~}10;{pnNna假设在一个OFDM符号中共有pN个导频，恢复(1)wABhP=信道估计的实现(1)wABhP=}...,{diagA1,10=pNaaaA为对角阵，其中：符号个数帧的子载波数和表示一个矩阵的行和列表示矩阵的为OFDMOFDMLN,,B,10,10;][,DFT/2,knLkNneBLNBpNkijknpn=目标矢量，也就是要估计的为实际的冲激响应的复h的高斯噪声复矢量为均值为零方差为W信道估计的实现(1)wABhP=1，，得a一化，即，若对若对导频信号进两边同乘以AnH=PAZwH==,Aw~(2)w~+Bh=ZH式中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)。信道估计的实现最大似然估计极大使)]()(1exp[1);(22BhZBhZhZPHNwNpp=的极小值即求)()(SBhZBhZH=ZBBBhHHMLE1)(ˆ=可以得到h的最大似然估计HˆhˆMLE信道估计的实现最小均方误差准则(MMSE)达到最小使)/()](ˆ[)](ˆ[)/(ZhPhZZShZZhZBH=在无线信道中，假设h是一个Rayleigh分布的L*1复矢量}{)(ˆ112HhHHhMMSEhhECZBBBCh==其中HˆhˆMMSE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；加入高斯白噪声；性能评价==NnnN1)(1统计误差用总体均方误差来计算}ˆ{)(2HHEn=其中均方误差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！