OFDM系統的信道估計技術討論

劉昊 徐志康 周春花

【摘要】??? 針對正交頻分復用（OFDM）技術因其在寬帶通信中的優越性能被越來越廣泛地應用于未來移動通信系統中，本文首先簡單介紹了移動通信技術的發展歷程和OFDM的大概情況背景，進而引出未來移動通信的關鍵技術之一，OFDM。對OFDM系統中已有的信道估計方法做了簡單概述，然后詳細介紹了兩種關鍵的信道估計技術——最小平方準則算法（LS）和最小均方準則算法（MMSE）。

【關鍵詞】??? OFDM系統? 信道估計? LS? MMSE? 導頻

一、引言

二十世紀以來，移動通信系統逐漸應用于公共服務和個人生活之中。從80年代至今，移動通信系統已由第一代模擬系統發展到第二代數字系統，再發展到實現多媒體業務的第三代數字系統（3G），再到現在的第四代移動數字通信網絡（4G），甚至于將要到來的第五代移動通信網絡（5G）將會極大地改變人們的日常生活，以GB/s為單位的傳輸速度將會使移動通信得到質的飛躍[1]。

二、OFDM基本原理

2.1 OFDM的簡介

OFDM技術得到廣泛關注并被看作4G移動通信的關鍵技術之一，這是因為它存在許多優點，這些優點使得基于OFDM的無線系統有更高的頻譜效率，并且可以更好地抵抗無線信道的頻率選擇性衰落。另外，由于大規模集成電路的發展使得基于IFFT/FFT的OFDM調制/解調更容易實現。

2.2 OFDM系統的調制和解調

每個OFDM符號是多個經過調制的子載波信號之和，其中每個子載波的調制方式可以選擇PSK或者正交幅度調制QAM。

每個子載波可以由復調制符號獨立調制，在這里下標表示OFDM符號的序號，而表示子載波在該OFDM組的序號。因而在符號持續的時間內，第個OFDM組可以表示為：

（2.2.1）

則由所有OFDM組構成的時間連續信號為：

（2.2.2）

這里，每一個子載波都使用矩形脈沖進行成形，每個子載頻譜是函數。

三、OFDM的信道估計

3.1 OFDM中信道估計技術概述

數字系統中的信道估計可以分為盲估計和非盲信道估計。

盲估計方法不需要傳送額外的冗余信息進行信道估計器訓練，所以具有很高的頻譜效率，由于用大量的發送數據以進行準確的信道估計，引入大的延時，所以要求信道統計特性不變或慢變，否則不能準確估計信道。由于無線移動信道通常都是具有多徑衰落特性和時變性，所以不能采用盲信道估計，采用非盲信道估計，主要是基于訓練序列或者導頻的信道估計方法[2]。

3.2最小平方準則信道估計算法（LS）

這種方法雖然對噪聲比較敏感，但是由于其計算簡單，實現方便，實際中被廣泛應用。用該方法可以進行對導頻處信道信息的估計。其實現如下：

假設Hp=[H（P0），H（P1），...，H（PNp-1）]是導頻點的信道信息，是它的一個估計，那么估計誤差的平方和可以寫成：

（3.2.1）

要使ep最小，應該滿足，于是可以推出：

（3.2.2）

由于它沒有考慮任何信道模型，也沒有包含噪聲功率的因子，因此估計出的精度易受到高斯噪聲和子載波間干擾（ICI）的影響，很難達到較高的估計精度。但是，由于最小均方準則（LS）簡單的表達式無疑使得導頻外的信道估計實現起來十分簡便。

3.3最小均方準則信道估計算法（MMSE）

線性最小均方誤差（LMIMSE）算法是對LS估計結果的最佳線性濾波，假設信道的沖擊響應是高斯過程，并且和噪聲相互獨立，導頻信號MMSE估計的數學表達式為：

（3.3.1）

上式中，Hp，LS是利用LS估計的導頻點的信道信息，上式也可以寫成如下形式：

（3.3.2）

更簡單的解決方法是用平均信噪比來替代導頻信號的求逆，這樣就得到了LMMSE算法的表達式為：

（3.3.3）

SNR和β是由調制采用的星座圖決定的一個常數，例如16QAM調制時。

如果自相關矩陣和信噪比SNR可以預先估計，則只需要計算一次。

參? 考? 文? 獻

[1] 岳欣. OFDM技術在第四代移動通信中的應用[D].哈爾濱工程大學， 2006.

[2] 張平.第三代蜂窩移動通信系統——WCDMA.北京郵電大學出版社，2000年：206-210頁.

劉昊（1997—），男，四川資陽，本科，西華大學，電子與電子信息學院，通信工程專業。