OFDM中基于有限字符集特性的半盲信道估計

饒 卿，陳 偉，樊 豐

（電子科技大學 電子工程學院，四川 成都 611731）

0 引言

正交頻分復用（OFDM）是一種多載波并行傳輸方案，因其良好的抗頻率選擇性衰落和較高的頻譜利用率，已被列為下一代移動通信系統候選方案之一[1-7]。因為無線信道具有復雜的多變性，為了減少系統誤差，需要對信道進行準確的估計。其中，半盲信道估計既克服了收斂速度慢，又提高了信道估計精度，正受到越來越多的關注。文獻[8]提出了利用信息符號有限字符集特性的信道盲可辨識條件和一種最小距離（MD）盲信道估計算法；文獻[9]又放寬了原有的充分條件，包含了所有可辨識的情況；文獻[10]提出了修正MD后的MMD算法。本文介紹了一種基于有限字符集特性的半盲信道估計方法，能有效減少計算的復雜度，并保持較好的估計精度。

1 OFDM系統模型

下面以一簡單的OFDM為例說明。經過各種映射（如BPSK，QPSK，QAM等）的基帶調制之后的信息符號(n)被分割為長度為M的信號分組后，然后用離散傅里葉反變換（IDFT）將信號分組中的每個信號調制到M個子載波上。為了消除信道多徑而產生出來的OFDM信號塊間干擾，在OFDM符號塊間插入循環前綴CP或補零后綴ZP，長度需要大于信道階數L。當傳輸信號被接收端接收之后，丟棄接收符號塊的循環前綴部分或補零后綴。然后用DFT解調制，可以將CP-OFDM和ZP-OFDM轉換為相同的M個并行平坦衰落信道的傳輸模型

式中：m=0，1，2，…，M-1；y(i,m)為第i個符號塊中第m個子載波上的接收信號；(i,m)為準靜態信道h(i)=[h(i,0),h(i,1),…,h(i,L)]T的頻率響應(i,m)為獨立于信道和信息符號的零均值復圓周高斯加性噪聲。

2 半盲估計算法介紹

通過式（2）可以計算出η1,η2,…,ηQ。可證明了在符號集A內各元素出現概率均等的情況下[8]，E(i,m)}=-(J/Q)ηj≠0，其中J為使得ηj≠0的最小指標。特別地，對于M-PSK映射，J=Q；對于QAM映射，Q=16,32,64,128,256，J=4。即可以得到

式中：m=0，1，2，…，M-1。因此可以得到估計信道為，其 中α(m)∈ 為相位模糊度。可見，確定出每個子載波上的相位模糊度之后，即可得到估計信道

盲估計算法根據DFT的圓周卷積定理，頻域向量HJ(i)=[HJ(i,0),…,HJ(i,M-1)]T對應了信道沖激響應h(i)的J重圓周卷積。如果M≥JL+1，該J重圓周卷積等價于J重線性卷積。HJ(i)的時域響應就等于h(i)的J次線性卷積。通過對相位模糊度向量α(i)進行窮盡搜索來確定信道，需要進行JM次運算。

為了更簡單快速地確定出每個子載波上的相位模糊度，采用基于導頻的方法。在信號符號,m)的前兩個數據塊中設置導頻符號,m),,m)為已知的確定符號變量且各元素等概率出現（以QPSK為例）

式中：m=0，1，2，…，M-1；i=0，1；p=[1+i,1-i,-1+i,-1-i]。依據這些導頻符號和接收信號(0,m),(1,m)，可以得到一個初始的頻域信道估計值

3 仿真和結果分析

仿真條件如下，OFDM系統采用HIPER-LAN/2標準，基帶信號采用QPSK調制，帶寬為20 MHz，子載波數為16，OFDM符號的長度是1μs，其中CP占用0.2μs，選用的信道模型為L=2，多普勒頻率為25 Hz的瑞利慢衰落信道。在該信道下進行MMD，MD盲估計算法和半盲估計算法的對比，以歸一化最小均方信道誤差（NLSCE）作為評估信道估計算法性能的指標，定義為

式中：m=0，1，2，…，M-1。仿真結果如圖1所示。從Mat?lab仿真曲線可以看出，相較于MMD的盲估計算法，本文介紹的半盲估計方法可以明顯降低OFDM系統的信道估計誤差，且計算復雜度更低。而相較于MD的盲估計算法，本文算法的估計準確性與其基本相同，但是，計算的復雜度、系統占用的性能與計算消耗的時間有很大的下降。MD算法J的M次循環所占用的時間，是任何系統所無法容忍的，本方法在極其簡單且快速的計算下，能夠達到MD算法的相同精度，具有一定的借鑒價值。

4 小結

本文提出了一種基于有限字符集特性的半盲估計方法，然后利用Matlab仿真比較了其與基于有限字符集特性盲估計方法的性能，最后分析了各自的優劣：該算法的信道估計性能要遠遠優于MMD算法，計算復雜度又遠遠低于MMD算法。本算法不僅適用于文中提到的SISO-OFDM系統，還可推廣至其他系統，如OFDM多址系統。

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