基于导频的OFDM信道估计
一种基于导频的OFDM信道估计优化算法
一
种基于导频 的 ＯＦ Ｍ 信道估计优化算法 ・ 技 ・ Ｄ 实 术 用
詹朝 武
（ 门 大学 通 信 工 程 系 ， 建 厦 门 ３ １ ０ 厦 福 ６ ０ ５）
【 摘 要】针 对 Ｏ Ｄ 系统提 出了一种新的联合信道估计方法， ＦＭ 并在理论 上将 此方 法进行 了最优化。仿真结果表明， 该方法不仅有
ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅｅ ｔ ｔ ｎ ａ ｃ ｒ ｃ ， ｕ ｌｏｒ ｄ ｅ ｅ ｉ ｏ ｎ ｅ ｏ ｅ ｐｌ ｔ ｏ ｒ ｎ ａ ｃ ｈ ｓ ｍａｉ ｃ ｕ ａ ｙ ｂ ｔ ｓ ｅ ｕ ｅ ｔ ｍｐ ￣ａ ｃ ｆ ｈ ｉ ｗｅ ． ｉ ｏ ａ ｈ ｔ ｏｐ
ｍｕｔ ｌｘｎ Ｏ Ｍ）ｓ ｓ ｍ ｓｐｏ ｏｅ ， ｉｈｉ ａｓ ｐｉ ｚｄ ｉ ｅ ｒ． ｈ ｉ ｌｔ ｎｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｅｎ ｗ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎｎ ｔ ｎｙ ｌｐｅｉｇ（ ＦＤ ｉ ｙｔ ｉ ｒｐ ｓｄ ｗｈｃ ｌｏｏ ｔ ｅ ｎｔ ｏｙ Ｔ ｅｓｍｕａｉ ｅｕｔ ｓ ｏ ｔｈ ｅ ｔｏ ａ ｏ ｌ ｅ ｓ ｍｉ ｈ ｏ ｓ ｈ ｔ ｏ
…
…
…
一
一
ＤｇｔｌＴ ｉｉ ｉ ≯ ａ ｌ
—— ——— ．—— — —＝ ＝■ ■■ ‘ 一
导频 数 据 对 信 道 进 行 二 次估 计 ， 而 提 高 信 道 估 计 的准 从 确性 。 由式 （ ） 以得 到 ， 复 数 据受 噪声 影 响 的程 度 取 １可 恢 决 于 噪 声 信 噪 比 （Ｎ 和对 应 点 信 道 频 响 的 幅 度 大 小 。 Ｓ Ｒ）
地 跟 踪 信 道 的 变 化 ， 复 杂 度 不 是 很 高 的情 况 下 达 到较 在
基于导频的OFDM系统信道估计
关键 词 ：信道估计 ；正交频分复用；导频
１ 前 言
正 交频 分复 用 （ ｒ ｏｏａ ＦｅｕｎｙＤｖ ｉｎＭｕｔ ｌ ｉｇ Ｆ Ｍ） 一 种 具 有 良 Ｏｔ ｇｎｌ ｒｑｅｃ ｉｓ ｌｐｅ ｎ ，Ｏ Ｄ ¨ 是 ｈ ｉｏ ｉ ｘ 好 抗 多径 性 能 的高速传 输技 术 。它 的基本 原理 就是 在频 域 内将 系统 的总带 宽 划分 成 许 多
二 Ｏ Ｏ七年第二期
会 限制 系统 的传 输速 率并导 致大 约 ３ Ｂ的信 噪 比 （ Ｎ ｄ Ｓ Ｒ） 损失 ｊ 。
鉴于传输速率较高，所 以在基于 Ｏ Ｄ 的新一代无线通信系统中要使用相 干解调 ＦＭ （ ｏｅ ｎ Ｄ ｔ ｔｎ Ｃｈｒ ｔ ｅ ｃｏ ）技术获得较高的性能。因此信道估计成为完 全实现 Ｏ Ｄ 系统优 ｅ ｅｉ ＦＭ 良性 能的关 键技术 之一 。 信道估计的方法总体可分为导频辅助估计算法和盲估计算法。盲估计基 于 刊 （ 自然 科 学 、医学 版 ） 第２ ８卷第 ２期 Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｒ Ｄ Ａ Ｅ Ｖ Ｌ ２ Ｎ２ Ｏ Ｒ Ａ ＦＴ Ｅ Ｇ Ａ Ｕ Ｔ Ｓ Ｏ ８ ｏ
２０ Ｓ Ｎ Ｙ ＴＳ Ｎ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ （ Ａ Ｕ Ａ Ｃ Ｅ Ｃ Ｓ ０ ７ Ｕ Ａ —Ｅ Ｎ Ｖ Ｒ ＩＹ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ Ｅ 、ＭＥ ＩＩ Ｅ ２０ Ｄ ＣＮ ） ０７
（ Ａ ＷＬ Ｎ） 以及 非对称 高 速率数 字用 户线 技术 （ Ｄ Ｌ 等领域 Ｌ 。并 且 ，业 界普 遍 认 为 Ａ Ｓ） ２ Ｊ ＯＤ Ｆ Ｍ将 是未 来第 四代 无线 移动 通信 （Ｇ ｏ ３ ） 中的关键 技术 之一 。 ４ ｒＢ Ｇ
信道估计是无线通信领域中的一个研究热点 ，因为接收端进行相关检测 、解调 、均 衡的基础是其掌握的信道知识。通过研究表明 ，如果在 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ系统中采用差分相移键控
OFDM系统基于导频的信道估计
信道 ｌ
磊 曰禧 Ｃ Ｈ Ｈ 剖 ｍ 去 除 Ｐ
图 １ Ｏ Ｄ 系统 组 成 及 系统 模 型 Ｆ Ｍ
的 系统 性 能 。
关键词 ：Ｅ 算法 ；Ｂ Ｊ Ｍ ＣＲ算法 ；ＳＳ ＩＯ；Ｌ （ 小二乘算法 ） Ｓ 最
中 图 分 类 号 ：Ｔ ９ ４ Ｎ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１７ －１ｘ ２ ０ ） １０２ － ６ ２６ ２ （０ ７ １－０ ８０ ４
● ■ －一 ｌ 刖 － 昌 ‘‘
一
ｘ ｎ ＝ Ｄ Ｔ Ｘ ｋ （ ） ＩＦ ｛ （ ）
∑Ｘ ｋ ｅ （ ）
ｎ ０ …， ， ・ ＝ ， Ｌ ・， １ ・ Ｎ一
（） １
其 中 Ｎ为 子载 波数 。插入 长度 为 Ｌ的 Ｃ Ｐ后变 为 ：
OFDM中基于导频的DFT的信道估计算法改进的研究
OFDM中基于导频的DFT的信道估计算法改进的研究OFDM（正交频分复用）是一种广泛应用于无线通信系统中的调制技术。
在OFDM系统中，信道估计是一项重要的任务，旨在通过估计信道的频率响应来跟踪信道特性并减少信道带来的影响。
在OFDM系统中，导频是一种在已知的位置上发送的已知信号，用于估计信道响应和校准接收端。
本文将探讨基于导频的DFT的信道估计算法改进的研究。
首先，我们将介绍传统的基于导频的DFT信道估计算法。
在传统方法中，导频信号被插入OFDM信号的每个OFDM符号中。
接收端通过对接收到的OFDM符号进行DFT变换，并通过相位差计算来估计导频信号的传输信道响应。
然后，通过插值技术，可以将导频信道响应估计扩展到整个OFDM符号上。
这种方法的优点是简单且易于实现，但它的性能在低信噪比（SNR）下较差。
为了改进基于导频的DFT信道估计算法，有几种方法可以考虑。
首先，我们可以使用更多的导频子载波，以增加信道估计的准确性。
使用更多的导频子载波可以提高信噪比下的性能，并减少接收端估计误差。
其次，我们可以采用复杂的插值技术来改进信道估计的精度。
传统的插值技术在估计信道响应时可能会引入一些误差，而更复杂的插值技术可以更准确地估计信道响应，从而提高性能。
第三，我们可以利用先验知识来辅助信道估计。
例如，我们可以利用先前的信道估计结果和统计信息来进行更准确的估计。
最后，我们可以采用自适应算法来提升信道估计性能。
自适应算法可以根据不同的信道条件自动调整参数，从而适应不同的信道环境。
在实际应用中，这些改进的方法可以结合使用来提高信道估计性能。
例如，我们可以使用更多的导频子载波，并采用先进的插值技术来提高估计的准确性。
同时，通过利用先前的信道估计结果和自适应算法来优化估计性能。
这样的综合方法可以在不同的信道环境下提供更可靠和准确的信道估计。
总结来说，基于导频的DFT信道估计算法被广泛应用于OFDM系统中。
通过改进传统的信道估计算法，可以提高性能，并减少接收端估计误差。
基于导频的OFDM系统的信道估计方法的分析
【 关键词】 １ 通过番 ． 回复所有信道的信息
． ． Ｅ信 道估 计 随 着 人 们 对 无 线 宽 带业 务 的需 求 的不 断 增 长 ， 线 宽 带 通 信 技 术 ２１１ ＭＭＳ 无 得 到 了迅 速 的发 展 。 在 各 种 宽 带 通 信 技 术 中 ， 交 频 分 复 用 （ Ｆ Ｍ） 正 ＯＤ 技 术 实 现 复 杂 度 低 ， 谱效 率 高 ， 频 能有 效 对 抗 多 径 干 扰 等 优 点 ， 到 了 受 由 （） 可 以 看 到 ， 导频 处 的 信 道估 计 信 息 矗 括 精 确 信 道 信 ４式 在 包
１ Ｄ ．．
号 周 期 为 Ｔ。 时 域 发送 信 号 为
一
（）
ｌ
ｘ ｎ ＝Ｄ Ｔ ｘｋ ｝ ｘ（ ）ｘ （ ￣ ｎ Ｎ） （ ）Ｉ Ｆ Ｉ（ ） ＿ ｋ ｅｐｊ ｋ ／ ２
０ ｒ －Ｉ
（） １
奇 异值 分 解 信 道 估 计 仅 仅 利 用 了 信 道 的 频 率 相 关 特 性 ， 化 了 接 简 受 机 的结 构 ． 由于 时 间 相 关 性 没 有 利 用 ， 此性 能有 所 下 降 。 采 用 但 因 它 低 秩 近似 方 法 来 估 计 信 道 ， 接 受 机 中 某 些 随 信 道 变 化 的参 数 进 行 固 对 化． 即设 定 为一 个 定 值 ， 少 了求 这 些 时 变 参 数带 来 的复 杂 性 。 减 当然 这
道 的 多 普 列 频 移 ， 为 第 ｉ 信 道 的时 延 。 径 接 收 端
， ｎ ＝ （ ） ＾ ｎ ＋ ｎ ， ） ｎ （ ） （ ） （
Ｏ≤ ≤ Ⅳ一１
其 仿 其 中 ，为 信 道 多 经 数 ，。 第 ｉ 信 道 的衰 落 因子 ， 为 第 ｉ 信 用 了 信 道 的 统 计 信 息 ， 性 能 仍 然 较 好 ． 真 结 果 表 明在 同样 复 杂 度 ｒ ｈ为 条 径 的 条 件 下 它 的性 能略 优 于 ＭＭＳ Ｅ估 计 。
基于特定导频OFDM信道估计的研究
，
一
（０ １）
写成简洁的矩阵形式为：
ｏ
ⅣＩ ’ Ｊ
：
…
‘
．
ｌ
：
Ｈ ＝
，
：
（） ４
尸 ｆ： ｒ ｆ ｆ］ （ １ ｚ ）
＋
＿ ｖ—ｌ０ ，
＿ 一 ， Ⅳ １１
…
Ⅳ
ｌⅣ １
，
＋
ｋ＝ ／ Ｏ ＝０
１ Ⅳ １
（ １ ）
文中提出了一种 ＯＤ Ｆ Ｍ系统信道估计的新方法。 即基
于 Ｃ ｐ ｎ ＲＳｌｅ函数［的插值技术。 ｉ １ ７ 】 由于Ｃ ｐｎ 函数所构 ＲＳｌ ｅ ｉ
成的 Ｃ Ｅ是平滑的且是内插结构，可以确定其连续性以 Ｆ
其中：
Ｈ（－ ） ∑ ｔ ｋ＝ ｍ （ｅ ）
多径衰落信道有 三条离散路径， 同时整个信道的冲激响应
在 Ｇ 之内，即 ０ Ｌ １Ｔ ≤ Ｉ ≤（ 一 ）ｓ ，这里的 是 Ｇ 的长 Ｉ 度， 是采样间隔。在 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ接收端去掉 Ｐ Ｓ和 Ｇ ，通过 Ｉ
Ｆｒ Ｆ 得到ｍ个已调信号 ， ： 如下
Ｎ —ｌ， 一１
＝
∑∑ＸＨ（－） ｋｔ ｋ ＋ ｍ ｅ
（ ２ ）
研 究 毒秀发
在式（） Ｎ是子载波数量 ， 是第 个子载波的调 １中， 制信号， 是加性高斯白噪声， — ） 且日 （ ｋ表示时变多径 ｍ
＋
信道 ｈ ｎ 的Ｆ Ｔ 其中， ｎ 是第 ｆ ｉ ） Ｆ， （ （） 条路径第 ｎ 个样本信
号的Ｃ Ｅ Ｆ 。式（ ） １也可以写成矩阵形式如下：
接收端接收到 ４个符号 ． 、 ． 小 ，通过 Ｃ ｐｎ 、 Ｒ Ｓｌ ｅ ｉ 函数可以得到第 ｉ ｆ 帧 条路径的Ｃ Ｅ Ｆ。 尸 ０ （） Ｐ１ （ ）
基于梳状导频的ofdm信道估计算法
基于梳状导频的ofdm信道估计算法基于梳状导频的OFDM信道估计算法随着无线通信技术的快速发展，正交频分复用（OFDM）作为一种高效的调制技术，在现代通信系统中得到了广泛应用。
OFDM技术通过将信号分成多个窄带子载波来传输数据，有效地抵抗了多径衰落和频率选择性衰落所带来的干扰。
然而，OFDM系统中的信道估计是至关重要的，因为它直接影响到信号的接收质量和系统性能。
梳状导频是一种常用的OFDM信道估计方法。
它通过在OFDM符号中插入一组已知的导频信号，以提供接收端用于估计信道的参考。
梳状导频的主要思想是在频率上均匀地插入导频信号，以覆盖整个信道带宽，并在时域上以固定的间隔插入导频信号。
接收端通过接收到的导频信号与已知的导频信号进行比较，从而估计出信道的频率响应。
在梳状导频的OFDM信道估计算法中，首先发送端在OFDM符号中插入一组已知的导频序列。
这组导频序列通常是在频域上均匀分布的，以覆盖整个信道带宽。
接收端接收到OFDM符号后，对导频序列进行采样，并与已知的导频序列进行相关运算，得到信道估计值。
最常用的相关运算方法是线性插值法和最小二乘法。
在线性插值法中，接收端根据已知的导频序列和接收到的导频序列之间的差异，通过线性插值的方式进行信道估计。
线性插值法的优点是计算简单，但存在插值误差的问题。
最小二乘法是另一种常用的梳状导频的OFDM信道估计算法。
在最小二乘法中，接收端将接收到的导频序列与已知的导频序列之间的差异最小化，从而得到信道估计值。
最小二乘法能够更准确地估计信道，但计算复杂度较高。
除了上述方法外，还有一些其他的梳状导频的OFDM信道估计算法，如基于贝叶斯估计的方法和基于半盲估计的方法。
这些方法在信道估计的准确性和计算复杂度方面有所不同，可以根据具体的应用场景选择合适的算法。
基于梳状导频的OFDM信道估计算法是一种常用的信道估计方法。
通过在OFDM符号中插入已知的导频序列，并利用接收到的导频序列与已知序列之间的差异，可以估计出信道的频率响应。
ofdm信道估计算法
ofdm信道估计算法OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是目前广泛应用于无线通信系统中的一种调制技术。
在OFDM系统中，信道估计是一个非常重要的环节，它对于系统性能的影响非常大。
本文将介绍OFDM信道估计算法的原理和应用。
我们来了解一下OFDM技术。
OFDM技术将整个带宽划分成多个子载波，每个子载波之间是正交的，因此可以同时传输多个子载波上的数据。
这样可以提高频谱利用率和抗多径衰落能力，是一种非常适合无线通信的调制技术。
在OFDM系统中，信号经过多径传播后会受到时延和幅度失真等影响，因此需要进行信道估计来对信号进行校正。
信道估计的目标是估计出信道的频率响应，即每个子载波上的信道增益和相位。
OFDM信道估计算法主要分为基于导频的方法和基于非导频的方法。
基于导频的方法是在发送端插入已知的导频信号，接收端通过接收到的导频信号来估计信道。
这种方法的优点是估计精度较高，但需要占用一部分带宽来发送导频信号，降低了系统的数据传输速率。
常用的导频插入方法有均匀插入导频和不均匀插入导频两种。
基于非导频的方法是通过接收到的数据信号来估计信道。
这种方法不需要占用额外的带宽，提高了系统的数据传输速率。
常用的非导频方法有最小二乘法（LS）、最小均方误差法（MMSE）和最大似然法（ML）等。
最小二乘法是一种常用的OFDM信道估计算法，它通过最小化接收信号和估计信号之间的均方误差来估计信道。
最小二乘法估计的信道响应是线性的，适用于多径传播环境。
但是最小二乘法对于噪声的鲁棒性较差，当信噪比较低时容易出现误差。
最小均方误差法是在最小二乘法的基础上引入了噪声的统计特性，通过最小化接收信号和估计信号之间的均方误差来估计信道。
最小均方误差法的估计精度较高，但计算复杂度较大。
最大似然法是基于统计学原理的一种OFDM信道估计算法。
它通过最大化接收信号的似然函数来估计信道。
最大似然法的优点是可以利用接收信号的统计特性来提高估计精度，但计算复杂度较高。
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基本步骤
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
主要内容OFDM发展史及来自本原理 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
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
~ ˆ H H
实现方式
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（Wiener filter）。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
霍俊彦 学号：0408110160 2004 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
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（coherent detection）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。
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
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
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
如何最有效地从导频位置恢复出导频时刻的信道信息 ~ 接收端根据接收到的导频位置的信号估计信道传输参数H
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。
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
估计准则
最小均方误差（MMSE） 最大似然估计（MLE） 最小平方（LS）
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
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。
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 H ，然后利用某种 处理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段 ˆ 的信道信息 H
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