OFDM系統中基于導頻的TGn信道估計

劉先橋，高 霞，曾 紀

（1.軍委裝備發展部軍事代表局駐某地區軍事代表室，重慶400030；2.重慶金美通信有限責任公司,重慶400030）

OFDM系統中基于導頻的TGn信道估計

劉先橋1，高 霞2，曾 紀2

（1.軍委裝備發展部軍事代表局駐某地區軍事代表室，重慶400030；2.重慶金美通信有限責任公司,重慶400030）

正交頻分復用（OFDM）是一種正交的多載波復用技術，信道估計技術作為正交頻分復用系統中的關鍵技術得到了廣泛關注。研究了OFDM系統中基于導頻的TGn D信道估計。基于導頻的信道估計首先需要對訓練序列進行信道頻域響應估計，利用本地訓練序列和接收到的訓練序列進行最小二乘估計得到；隨后再計算每個OFDM符號中導頻子載波的信道頻域響應；對導頻子載波的信道頻域響應進行插值，可得到數據符號的信道信息。常用的插值方法為線性插值法和平均值法。仿真對比了兩種算法的估計效果，仿真結果表明平均值法計算量小，得到的信道估計效果更佳，易于硬件實現。

OFDM系統；TGn D信道估計；訓練序列；導頻；均衡；插值

1 引言

OFDM技術的基礎是正交多載波，是一種多載波擴頻技術，最大的優點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾[1]。在OFDM系統中，各個子信道的載波相互正交，頻譜相互重疊，不但減小了子載波間的相互影響，還提高了頻譜利用率。在接收端OFDM采用相干解調，由于無線信道在時域和頻域具有選擇性衰落的特性，必須進行信道估計來獲得信道信息。

信道估計一般分為非盲估計和盲估計，這里討論的是基于導頻的非盲估計[2]。這種方式需要在發端適當位置插入導頻符號，接收端利用導頻符號恢復出導頻位置信道信息，利用插值算法來獲取其余數據符號位置的信道信息。在有前導符號進行初步信道估計的基礎上，利用各個數據符號的導頻位置信道信息對信道進行跟蹤，這里使用線性插值法和平均值法對TGn D信道進行信道跟蹤，并通過仿真比較兩種方法的優劣。

2 系統模型描述

2.1 OFDM系統描述

假設信道環境滿足以下條件：①信道最大延遲小于保護間隔長度，②信道變化足夠緩慢，可以保證在一個OFDM符號長度內信道沖激響應保持不變。接收信號經FFT后可表示為[3]：

sk,l為第個OFDM符號的第個子載波上的頻域發送信號為第 l個OFDM符號的第k個子載波上的頻域接收信號其中為第 l個 OFDM符號的第k 個子載波的信道頻域響應，為第 k個子載波的頻域噪聲，方差為

2.2 TGn信道模型描述

TGn模型是IEEE802.11n仿真采用的信道模型[4]，該模型適用于2GHz和5GHz頻段，其應用范圍很寬，可以在辦公室、工業建筑、展覽大廳和家庭等環境中使用，不同的應用環境具有不同的信道模型，一共6種模型組成了完整的TGn信道模型。表1列出了六種模型對應的時延擴展數，簇個數，多徑數目，最大多徑時延及對應的應用場景。

表1 TGn信道模型概況

3 信道估計與跟蹤算法

3.1 基于訓練序列的信道估計

首先利用訓練序列直接進行信道估計，信道頻域響應的估計值可根據最小二乘準則直接由下式得到。分別為訓練序列第k個子載波處的接收和發送信號。為第 k個子載波的信道頻域響應估計值。

3.2 基于線性插值的信道跟蹤

傳統的信道跟蹤采用插值算法，本系統中的導頻是梳狀導頻，提取出每個符號中的導頻子載波，共軛乘以導頻子載波位置的長前導信道頻域響應，再共軛乘以本地導頻，即可得到導頻子載波位置的信道頻域響應。再通過插值得到其他子載波位置的信道頻域響應。常用的是一維線性插值，對于邊界子載波，進行復制，中間的子載波利用邊界的兩個導頻進行線性插值[5]。

表一個OFDM符號中插入的導頻點個數，N代表相鄰的導頻點間的間隔數，m代表導頻點的序號，i代表任一點與其前一個相鄰導頻點的間隔數，代表任意一點 k的信道估計值，代表第m個導頻點處的信道估計值。

3.3 平均法進行信道跟蹤

由于線性插值算法在硬件中實現復雜，特別是在導頻子載波間隔不相等的情況下，每兩個導頻子載波的插值公式不同，并且很多除法處理，導致收端處理性能下降。

為了提高硬件處理效率，優化算法，將信道跟蹤算法簡化為下式所示[6]：

3.4 信道均衡

對每個OFDM符號的每個子載波的預測可以用均衡計算得到。每個OFDM符號的信道頻域響應由訓練序列的頻域響應和當前符號的信道跟蹤因子決定，那么可得到：第sym個OFDM符號的第k個子載波的預測值為[7]：

4 仿真結果

4.1 系統參數

參照802.11n，本文所用的OFDM系統參數如表2所示。

表2 仿真參數

4.2 仿真流程圖

仿真流程圖如圖1所示，首先生成發端的前導符號和數據符號，組幀，形成完整的數據幀；經過TGn D信道，送到接收端；收端首先進行同步，并作相應的頻偏估計與糾正；再進行FFT變換將數據變換到頻域；再進行基于前導的信道估計和基于導頻的信道估計[8]。這里使用兩種插值方法對信道進行跟蹤，即線性插值法和平均值法，得到信道跟蹤值后結合前導信道估計值對信道進行均衡，得到收端頻域數據，再進行硬判決，計算兩種方法下的誤碼率，并進行對比。

圖1 仿真流程圖

4.3 仿真結果

根據前導進行信道估計，得到的TGn D信道的幅值特性如圖2所示。

圖2 TGn D信道響應幅度特性

分別將線性插值的信道跟蹤算法和平均法得到的誤碼率統計值進行比較，得到結果如圖3所示。

圖3 兩種方法誤碼率對比圖

從仿真結果來看，平均值法進行信道跟蹤時，誤碼率比線性插值法稍小。在計算量來看，平均值法減少了一定的計算量，能得到相當的估計效果，節約了硬件資源，提高了估計效果。

5 結束語

OFDM系統受到越來越廣泛的運用，基于導頻的信道估計是該系統的重要步驟。研究了TGn D信道估計中信道插值的兩種算法，從仿真結果看，平均值法比線性插值法估計效果更優，計算量更小，更利于在硬件中實現，應用范圍更廣。

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Pilot-based TGn Channel Estimation in OFDM System

Liu Xianqiao1，Gao Xia2，Zeng Ji2，
（1.Military Representatives Bureau in XX of Communication Department,Commission of Equipment Development Department of PLA General Staff,Chongqing 400030,China; 2.Chongqing Jinmei Communication Co.,Ltd.,Chongqing 400030,China）

Frequency Division Multiplexing(OFDM)is a multiplexing technology of orthogonal multi-carrier.TGn D channel estimation technology,as the key technology in OFDM Communication system,is studied in this paper.The channel estimation based on pilot LS estimation is used to calculate training sequence channel response in frequency domain,then the pilot carriers of each symbol channel response in frequency domain are calculated,and the channel frequency response of each OFDM symbol pilot sub carrier,linear interpolation and average of pilot channel information are studied.The simulation results show that average algorithm is better with lower bit error rate and low computational cost,and it is easy to realize on hardware.

OFDM system;TGn D channel estimation;Training sequence;Pilot;Interpolation; Equilibrium

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.01.009

TN911.4

A

1002-2279-（2017）01-0033-03

劉先橋（1978-），男，山東人，碩士研究生，工程師，主研方向：無線通信與圖像處理。

2016-07-20