基于导频的OFDM信道估计.ppt

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 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 主要内容 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 OFDM发展及基本原理 lOFDM发展史 u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 u1995年，ETSI制定了DAB标准 u1997年，DVB标准也开始投入使用 u1998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 l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 l系统模型 OFDM发展及基本原理 l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 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 信道估计的基本方法 l信道估计的分类 u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 u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 l比较 u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 u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。 主要内容 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 基于导频的OFDM信道估计方法 l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 uu发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu通过导频位置获取的信道信息如何较好的恢复出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所有时刻信道的信息 基本步骤基本步骤 主要内容 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 基于导频的OFDM信道估计方法 l发送端导频的选择与插入 (a)(a)梳状导频插入梳状导频插入 (b)(b)块状导频插入块状导频插入 基于导频的OFDM信道估计方法 l性能比较 u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 u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 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 基于导频的OFDM信道估计方法 估计准则估计准则 最小均方误差（最小均方误差（MMSEMMSE） 最大似然估计（最大似然估计（MLEMLE） 最小平方（最小平方（LSLS） 如何最有效地从导频位置恢复出导频时刻的信道信息如何最有效地从导频位置恢复出导频时刻的信道信息 l研究任 务 主要内容 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 基于导频的OFDM信道估计方法 l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 实现方式实现方式 uu基于基于MMSE MMSE 的的改进信道估计技术的的改进信道估计技术 uu使用近似方法实现信道估计使用近似方法实现信道估计 基于导频的OFDM信道估计方法 l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信道估计方法 l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 lOFDM发展史及基本原理 l信道估计的基本方法 l基于导频的OFDM信道估计方法 uu 发送端导频的选择与插入发送端导频的选择与插入 uu 接收端导频位置信道信息获取的方式接收端导频位置信道信息获取的方式 uu 通过导频位置获取的信道信息恢复出所有通过导频位置获取的信道信息恢复出所有 时刻信道的信息时刻信道的信息 信道估计的实现信道估计的实现 信道估计的实现 分散在分散在OFDMOFDM符号中的一个已知的位置，符号中的一个已知的位置， )(),.(),( 110- = p N iPiPiPP来表示来表示DFTDFT导频位置的输出值，导频位置的输出值， 假设在一个假设在一个OFDMOFDM符号中共有符号中共有 个导频个导频， 恢复恢复 信道估计的实现 信道估计的实现 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 l最大似然估 计 可以得到h的最大似然估计 信道估计的实现 l最小均方误差准则(MMSE) 在无线