（通信与信息系统专业论文）mccdma系统中信道估计方法的研究.pdf

南京邮i 乜人学顸：上研究生学位论文 摘要 摘要 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术是第三代陆地无线通信系统的主流空中接 口技术，而正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 技术由于 支持高速数据传输、抗多径信道干扰以及频谱利用率高而被普遍认为是第四代移动通信系 统中的核心技术。m c c d m a 系统结合了o f d m 和c d m a 的优点，因此受到广泛的关注， 已被提议在未来宽带无线通信中应用。信道估计作为m c c d m a 的关键技术直接影响着系 统的性能。论文从频域、时域和变换域估计三个方面出发，对m c c d m a 系统的信道估计 技术作了分析研究。 论文首先介绍了o f d m 的基本原理和实现以及o f d m 技术的优缺点，给出m c - c d m a 的系统组成和模型，并对m c c d m a 系统的几种关键技术进行讨论，然后介绍信道模型， 最后对信道估计方法进行了重点研究。 论文从频域插入的导频符号排列方式出发，研究了l s 、l m m s e 、m l 等目前提出的 基本的估计算法并用到m c c d m a 下行的固定信道和移动信道中，讨论了不同的导频插入 模式、导频密度、导频功率和估计维数在不同信道条件下对系统估计性能的影响，得出了 适合不同信道的估计方法。 其次根据信道能量在时域中具有集中性的特点，研究了基于d f t 的信道估计方法和基 于多项式模型的估计方法并应用于m c c d m a 系统，得到很好的估计性能。 然后对基于变换域处理的信道估计方法进行了研究。利用g c l 序列低峰均比的特点， 对m c c d m a 系统的帧头进行了优化设计。结合优化序列和变换域处理方法的特点，论文 提出了一种基于g c l 优化序列的变换域信道估计方法。仿真结果表明该方法的系统性能 可获得较大的改善。 论文最后在统一架构下给出了前面讨论的多种信道估计方法的仿真结果和分析，得出 了一些有益的结论。 a b st r a c t c d m ai st h em o s ti m p o r t a n ta i ri n t e r f a c et e c h n o l o g yo ft h et h i r dg e n e r a t i o n ( 3 g ) l a n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) h a s b e e nc o n s i d e r e da sak e yt e c h n o l o g yo f4 gd u et oi t s h i g hr a t et r a n s m i s s i o nc a p a b i l i t y , h i g h b a n d w i d t he f f i c i e n c ya n dr o b u s t n e s st om u l t i p a t hd e l a y m c c d m as y s t e m ，w h i c hh a sb o t h m e r i t so fo f d ma n dc d m a ，h a sb e e np a i dg r e a ta t t e n t i o na n da d v i s e dt ob eu s e di nf u t u r e b r o a d b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n c h a n n e le s t i m a t i o na st h ek e yt e c h n o l o g yh a st h ed i r e c t i m p a c to nt h em c c d m as y s t e m t h i sp a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo fc h a n n e le s t i m a t i o n m e t h o d si nm c - c d m a s y s t e mf r o mf r e q u e n c y - d o m a i n ，t i m e d o m a i na n dt r a n s f o r m d o m a i n i nt h i sp a p e r , t h eb a s i cp r i n c i p l e 、r e a l i z a t i o na n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fo f d m a r ei n t r o d u c e d a tf i r s t ，t h e nt h es y s t e mc o n s t r u c t i o na n de m u l a t i o nm o d e lo fm c c d m a a r ed e s c r i b e da n ds o m e k e yp r o b l e m si nm c c d m as y s t e ma r ea l s od i s c u s s e d t h e nt h ec h a n n e lm o d e l sa r ei n t r o d u c e d l a s t l y , c h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o d sa r ep a i dm a i n l yd i s c u s s i o n f r o md i f f e r e n tp i l o t - i n s e r t e dm e t h o d si n f r e q u e n c y - d o m a i n ，t h ep a p e rm a i n l yd i s c u s s e s s o m eb a s i ce s t i m a t i o nm e t h o d st h a th a v e b e e n p r o p o s e ds u c ha sl e a s t s q u a r e ( l s ) ，l i n e a r m i n i m u mm e a n s q u a r e de r r o r ( l m m s e ) a n dm a x i m u ml i k e l i h o o d ( m l ) ，a n d a p p l i e st h e s e m e t h o d st of i xc h a n n e la n dm o b i l ec h a n n e lo f d o w n l i n k ，t h e nd i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n t p i l o t - i n s e r t e dm e t h o d s ，d i f f e r e n tp i l o tp o w e r , d i f f e r e n tp i l o td e n s i t ya n dd i f f e r e n td i m e n s i o no n e s t i m a t i o np e r f o r m a n c e s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ef a c tt h a tc h a n n e le n e r g yi sc o n c e n t r a t e do nt i m ef i e l d ，t h ep a p e r d i s c u s s e st w om e t h o d sw h i c hb a s e do nd f ta n dp o l y n o m i a lm o d e l ，t h e n a p p l i e st h e mt o m c c d m as y s t e ma n dg e t sab e t t e re s t i m a t i o np e r f o r m a n c e t h i r d l y , ac h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o db a s e do nt r a n s f o r m d o m a i np r o c e s s i n gi sd i s c u s s e d ， a no p t i m i z e dt r a i n i n gs e q u e n c ei sd e s i g n e df o rm c c d m a s y s t e m sp r e a m b l ed u et ot h el o w p a p rf e a t u r eo fg c l s e q u e n c e t h e nt h eo p t i m i z e dp r e a m b l ea n dt r a n s f o r m d o m a i np r o c e s s i n g m e t h o da r ec o m b i n e dt oe s t i m a t et h ec h a n n e l f r o mt h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ep r o p o s e dm e t h o d m a k e sag r e a ti m p r o v e m e n to fp e r f o r m a n c e l a s t l y , u n d e rt h eu n i f o r mf r a m e w o r k ，t h ep a p e rg i v e sac o m p a r i s o na n da n a l y s i so fd i f f e r e n t e s t i m a t i o nm e t h o d sp r o p o s e da b o v e ，i nw h i c hs o m eu s e f u lc o n c l u s i o na r ea c q u i r e d i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：监i 篮 日期： 翌垦：垒：! 丝 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：蝉j 赴 导师签名： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 论文研究的背景及意义 第一章绪论 随着社会进步及用户数量的急剧增长，频率资源日益紧张，要求第三代移动通信系统 i m t - 2 0 0 0 能提供更大的系统容量，更高的通信质量，和更高的数据传输速率，以满足人们 对多媒体通信的要求并适应通信个人化的发展方划1 1 。 大多数3 g 移动通信的候选方案是基于c d m a 方式的，c d m a 技术有系统容量高、实 现软切换、抗干扰能力较强、发射功率低、保密性好等诸多优点，但是，c d m a 的容量受 限于多址干扰和频率选择性衰落引入的干扰。c d m a 的码元周期大大缩短，在传送高速数 据流时易受符号间干扰( i s i ) 的影响，尤其是在多径衰落比较严重的无线信道中传输时i s i 更为严重，这使得c d m a 系统难以充分利用频谱资源，发展受到一定的限制。 3 g 以后的移动通信系统有三种备选方案【2 】：正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ，空时技术( s p a c e t i m ea r c h i t e c t u r e s ) 和超宽带( u l t r aw i d e b a n d ) ， 其中以正交频分复用( o f d m ) 最受瞩目。 o f d m 技术是一种高效的并行多载波传输技术，它将所传送的高速串行数据分解并调 制到多个并行的正交子信道中，从而使得每个子信道的码元宽度大于信道时延扩展，通过 加入循环扩展，有效保证了系统不受多径干扰引起的i s i 的影响。对传统c d m a 这类串行 系统来说无线信道是频率选择性衰落信道，而对o f d m 中的每个并行正交子信道来说己经 变成了非频率选择性衰落信道。因此它能够非常有效地对抗多径衰落，同时使受到干扰的 信号能够可靠地接收。 因此，人们开始寻找将多载波应用于c d m a 的技术途径，而综合o f d m 与c d m a 技 术优点的多载波c d m a 已成为各国学者研究的热点。由于多载波c d m a 通信系统具有高 频谱效率、抗噪声能力强、适合高速数据传输等优点，多载波c d m a 技术将成为第四代 移动通信系统的主导技术。然而要想完全实现多载波c d m a 技术所带来的性能的提高， 还需进行相关关键技术的实现，而信道估计就是其中之一。 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。由于 o f d m 多载波的出现，这为信道估计技术的应用提供了新的空间。从最早的无分集的单载 波信道估计到现在的有分集的多载波信道估计，从时域或频域信道估计到现在的时频域二 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一苹绪论 维估计，信道估计的性能在不断的提高p j 。 信道估计从大的角度可以分为非盲估计和盲估计以及在此基础上产生的半盲估计1 4 】。 所谓非盲估计是指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；盲估计是指不使用导频信息，通过使用相应信息 处理技术获得信道的估计值，与传统的非盲信道估计技术相比，盲信道估计技术使得系统 的传输效率大大提高，然而由于盲信道估计算法一般收敛速度较慢，这阻碍了它在实际系 统中的应用；正是如此出现了半盲信道估计，它在数据传输效率和收敛速度之间做一个折 衷，即采用较少的训练序列来获得信道的信息。在基于o f d m 的新一代无线通信系统中【5 。】， 由于传输速率较高，并且需要使用相干检测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。 基于o f d m 信道估计大多采用非盲估计算法，从导频插入位置而言可分为分散、块状 和梳状导频排列方式下的估计【8 】；从实现准则可以分为最d x - - 乘( l s ) 【9 1 、线性最小均方 误差( l m m s e ) 1 0 - 1 1 】、最大似然( m l ) 估计【1 2 】等；从滤波器的实现及结构分为二维滤波 【l3 1 、两个维级联滤波等；从滤波域可以分为频域、时域、变换域等。 上面介绍的方法大多需要知道信道的统计信息( 如信道自相关函数) ，这也是这些方 法估计性能较为良好的原因之一。然而在实际应用过程中，信道的统计信息没有或很难得 到，这样利用上面的方法得到最优信道估计就很难实现。因此出现了些不需要利用信道 相关信息的估计方法，如多项式方法【1 4 】和内插方法【15 1 。这些方法的基本思想是利用已有的 数据实现对真实信道的拟合，当然这种方法由于缺少了对信道统计信息的利用，因此性能 与上述方法相比相对较差。 总的来说，采用基于信道统计信息的估计方法可以得到较好的估计效果，但其复杂度 相对较高且需知道信道的先验信息；采用不需信道统计信息的估计方法也可以进行信道估 计，且实现简单，但其效果相对较差。因此如何在估计效果和实现复杂性之间取得平衡是 值得研究的问题；此外随着分集技术的应用，研究分集情况下多载波系统的信道估计也是 一个重要的研究方向【1 6 - 1 7 1 。总之，信道估计技术的不断发展将为新一代移动通信系统提供 强有力的支持。 1 2 论文结构和内容安排 本文完成的主要工作如下： 1 分析了三种导频符号排列方式下的信道估计方法，并用到m c c d m a 系统的固定信道 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 一_-_-_-_。_-。_。_-。_-。_。_-_-_-_-_-_-_-_-_。_-_-_-_-_-一和移动信道中，讨论了不同的导频插入模式、导频密度、导频功率和估计维数在不同信道 条件下对系统估计性能的影响，得出了适合不同信道的估计方法。 2 根据信道能量在时域中具有集中性的特点，研究了基于d f t 的信道估计方法和基于多 项式模型的估计方法并应用于m c c d m a 系统，得到很好的估计性能。 3 利用g c l 序列低峰均比的特点，对m c c d m a 系统的帧头进行了优化设计。采用最佳 序列联合变换域处理的方法进行信道估计性能分析，仿真结果表明该方法的系统b e r 性能 可获得较大的改善。 4 在统一架构下给出了前面讨论的多种信道估计方法仿真结果和分析，得出了一些有益的 结论。 全文具体内容安排如下： 第一章从第四代移动通信系统的发展要求出发，引出论文研究的背景及意义。 第二章介绍m c c d m a 系统，阐述了o f d m 的基本原理及实现，给出了m c c d m a 系 统模型，最后讨论了系统的关键技术。 第三章介绍无线信道传播特性、系统通信信道模型以及本文仿真所采用的模型及参数。 第四章研究频域信道估计方法，分析了三种导频符号排列方式下的信道估计方法，应用 到m c c d m a 系统的固定信道和移动信道中，并给出各种方法的仿真比较。 第五章研究基于d f t 和基于多项式模型的时域信道估计方法，并给出仿真结果。 第六章研究变换域信道估计方法。利用g c l 序列低峰均比的特点，对m c c d m a 系统的 帧头进行了优化设计。结合优化序列和变换域处理方法的特点，提出了一种基于 g c l 优化序列的变换域信道估计方法。并在统一架构下给出了前面讨论的多种信 道估计方法的仿真分析与性能比较。 第七章全文的总结与展望，总结全文工作并提出m c c d m a 技术有待进一步研究的方向。 南京邮电大学硕十研究生学位论文第二章m c c d m a 系统介绍 第二章m c c d m a 系统介绍 m c c d m a 是将o f d m 传输技术应用于c d m a ，从而使系统能够较好地克服i s i 和 i c i 的不良影响。可以说o f d m 是m c c d m a 一个很重要的基础，因此在介绍m c 。c d m a 系统之前先介绍o f d m 的基本原理。 2 1 正交频分复用( o f d m ) 技术 正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被 当作一种复用技术。o f d m 最早起源于2 0 世纪5 0 年代中期，在6 0 年代就己经形成了使 用并行数据传输和频分复用的概念。6 0 年代o f d m 技术已经被应用到多种高频军事系统 中。8 0 年代中期，o f d m 已经在数字音频广播( d a b ) 、数字视频广播( d v b ) 、基于i e e e 8 0 2 1 1 标准的无线本地局域网( w l a n ) 以及有线电话网上基于现有铜双绞线的非对称高 比特率数字用户技术( 如a d s l ) 中得到了应用【1 8 】。 2 1 1o f d m 的基本原理及实现 龟 - 。一嗡母 串 参一一圆碎 并 并 +盟髓 枣 变 i 变 换换 t p m 矿叭 纽莎一i t_ 砷 图2 1o f d m 基本原理图 一个o f d m 符号内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都可以受 到相移键控( p s k ) 或者正交幅度调制( q a m ) 符号的调制。假设表示子载波的个数， t 表示o f d m 符号的持续时间，巩( 尼= o ，n - 1 ) 是第七个子载波上传输的数据，丘是 第0 个子载波的载波频率，矩形脉冲成型函数为r e c t ( t ) = l ( 1 tl l l p s ，即子载波间隔远小于信道的相干带宽，因此各子信道上经历的是平坦衰落。 这里就充分体现了o f d m 技术的优势：通过串并转换，把整个信道的频率选择性变为每个 子信道的平坦衰落。 3 2 2i e e e8 0 2 1 6 e 信道模型 8 0 2 16 e 信道模型采用了v e h i c u l a rt e 的c h a n n e la 类型【2 9 】。v e h i c u l a rt e 主要的特征 参数如下： 1 路径损耗( p a s sl o s s ) v e h i c u l a rt e 的平均路径损耗由下式决定 l = 4 0 ( 1 4 1 0 一a h 6 ) l o g l o ( r ) 一1 8 l o g l o ( a h b ) + 2 1 l o g l of + 8 0( 3 - 5 ) 其中，r 是基站与移动台之间的距离，单位为l ( m ，是载波频率，单位为m h z ，a h b 是 以平均屋顶高度为基准测出的基站天线高度，单位为m 。这个模型仅适用于0 a h b 5 0 m 的情况。 2 阴影衰落( s h a d o wf a d i n g ) 对于v e h i c u l a rt e ，无论是在市区或郊区环境，阴影衰落损耗都可用均值为零且方差 为1 0d b 的对数正态随机变量来模拟。位置相关函数可用如下方程来描述 耻一x p ( - 瓦t a x i 血2 ) b 6 ， 其中a x 是增加的距离，单位为m ，d 。，为解相关长度，此处d 叫= 2 0 m 。显然，相关性随 着距离增加呈指数衰减。 3 脉冲响应( i m p u l s er e s p o n s e ) 对于v e h i c u l a rt e ，抽头延迟线脉冲响应参数如表3 2 所示。多普勒( d o p p l e r ) 频谱 用经典的j a k e s 模型来建模。a 模型有6 径，其均方根( r m s r o o tm e a ns q u a r e ) 时延扩 展( 定义为功率延迟分布的二阶矩的平方根) 为3 7 0n s ；b 模型也有6 径，r m s 时延扩展 为4 0 0 0n s 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章信道传输特性分析 c h a n n e l a 相c h a n n e l b 相 c h a n n e l - a 平c h a n n e l b 平 d o p p l e r t a p对延迟 对延迟 均功率( d b )均功率( d b ) 频谱 ( r l s e c ) ( n s e e ) l0oo2 5j a k e s 23l o1 03 0 00j a k e s 37 1 09 08 9 0 01 2 8j a k e s 4 1 0 9 0 1 0 o1 2 9 0 01 0 oj a k e s 51 7 3 01 5 01 7 1 0 0 2 5 2j a k e s 62 5 1 02 0 02 0 0 0 0 1 6 oj a k e s 3 3 本章小结 表3 2 车速测试环境：抽头延迟线模型的脉冲响应说明 无线通信系统的传输性能同其信号经历的信道有非常密切的关系。信号在无线信道中 传输时会受到多径延迟以及多普勒频移带来的衰落影响。 本章主要分析了无线通信信道的特性，介绍了无线信道中多径传播和多普勒效应所带 来的影响。然后介绍了8 0 2 1 6 a 建议的固定宽带无线信道模型和8 0 2 1 6 e 建议的移动信道模 型，奠定了后面章节对信道估计技术进行具体分析的基础。 2 0 南京邮屯大学硕： 二研究生学位论文 第四章频域信道估计 第四章频域信道估计 信道估计可以被简单地看成是提取物理信道对输入序列施加影响之特征的过程。如果 假定信道是线性的，那么信道估计可以看作是对系统冲激响应的估计。图4 1 是信道估计 的示意图，图中e ( n ) 为估计误差，大多数信道估计算法的目标就是要使均方误差最小化。 实际信道模型 + 、 估计误差掣r l r jl 1r 。f 仕斗柏住措措刑f 。 7 1 。1 口1 “0 1 商1 邑1 哭坐i 7 图4 - 1 信道估计示意图 信道估计的最大优点是使系统可以实现相干解调，因为信道估计技术可以得到相干解 调需要知道的信号的相位信息。在o f d m 系统中可以用差分方式的调制解调，如数字音频 广播采用o f d m + d p s k ( 差分相移键控) ；也可以用相干方式的调制解调，如数字视频广 播地面传输系统采用o f d m + 6 4 q a m ( 正交幅度调制) 。采用差分方式时，无需进行信道 估计，因为信道信息已经包含在相邻符号之差中了。而在相同情况下采用相干解调，其性 能要比差分方式好3 d b ，因此为了获得更好的性能，就必须进行信道估计。信道估计研究 的目标不仅要求零均方误差最小，还要求有良好的跟踪能力和较低的复杂度。 常用的信道估计方法有基于导频信道法和基于导频符号法。i s 9 5 就采用了基于导频信 道的方法，但m c c d m a 系统具有时频二维结构，因此采用导频符号辅助信道估计更灵活 3 0 1 o 导频符号辅助方法是在发送端的信号中某些固定位置插入一些已知的符号和序列，在 接收端利用这些导频符号和导频序列按照某种算法进行信道估计。在单载波系统中，导频 符号和导频序列只能在时间轴方向插入，在接收端提取导频符号估计信道脉冲响应办( 印? ) 。 在m c c d m a 系统中，导频符号可以同时在时间轴和频率轴两个方向插入，在接收端提取 导频符号估计信道传输函数h ( e t ) 【3 l 】。 2 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第四章频域信道估计 4 1 插入的导频符号排列方式 在基于导频符号辅助的m c c d m a 信道估计中，插入导频符号的方式有：块状导频排 列方式、梳状导频排列方式和分散导频排列方式1 8 j 。 ( 1 ) 块状导频排列方式p 列 块状导频排列方式如图4 2 所示。块状导频排列方式中，m c c d m a 信号被周期性的 传送，每隔一段时间，把导频符号插入到所有的子载波中。这种方式通常用于信道变化较 慢的情况下。由于训练符号包含了所有的导频，那么在频域就无需插值，因此这种导频分 布模式具有较强的抗频率选择性衰落能力。 i - q 戤据符号i 导频符号 图4 - 2 块状导频排列方式 口麟符号_ 寻凝符号 图4 - 3 梳状导频排列方式 ( 2 ) 梳状导频排列方式 梳状导频排列方式如图4 3 所示。梳状导频排列方式中，每个m c c d m a 符号的几个 子载波固定作为插入导频符号的位置，这样每个时间点上m c c d m a 信号都有导频符号存 在。由于这种模式在时域上是连续估计的，所以它具有很强的抗快衰落能力，可应用于信 道即使在一个码元传输期间也发生变化的情况下。另一方面，因为只有某些特定的子载波 携带导频，其它的数据子载波上的信道频响需要通过对相邻导频子载波上的信道响应插值 而得到，所以梳状导频相对于块状导频而言，对频率选择性衰落更为敏感。 l s ( l e a s ts q u a r e ，最小二乘) 估计、l m m s e ( l i n e a rm i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r ， 线性最小均方误差) 估计、m l ( m a x i m u ml i k e l i h o o d ，最大似然) 估计是最常用的几种信 道估计算法，下面以梳状导频排列方式为例分别加以介绍。 ( a ) l s 信道估计【9 】 l s 信道估计就是从最d , - 乘意义上得到的信道估计器。图4 4 是梳状导频分布的信道 估计示意图，下面的讨论都是基于梳状导频估计的，也可以直接推广到块状导频估计。 2 2 南京邮电人学硕士研究生学位论文 第p q 章频域信道估计 f f t 后的 接收 信号 k ) 图4 4 基于导频辅助的信道估计框图 估计 得到 信道 响应 假设n p 个导频信号x p ( 珑) ( m = 0 ，1 ，n p 一1 ) 被均匀地插入到要传输的数据x ( 惫) 中， 即n 个子载波被分为。组，每组含三= n n 个子载波。每组中的第一个子载波用于传输 导频信号，其他子载波用于传输数据，则第尼个子载波上传输的信号可以表示为： 础m c 聊川，七竺监 件， 导频信号 x 。( ，2 ) ) 取值的不同不影响信道估计的性能，在实际中也可以取相同的信号 以降低计算的复杂度。 令砟= 一( o ) 4 ( 1 ) ( 虬一1 ) 为导频子载波处的频响，若不考虑i c i ，则导 频信道上接收到的信号= ( o ) 巧( 1 ) ( 一1 ) 7 可表示为： = h p + n p ( 4 - 2 ) 其中x p 为由( 册) ( m = o ，1 ，n p 一1 ) 构成的对角阵，为导频子载波上的高斯白噪声 ( a w g n ) 。 根据l s 准则，得到导频处信道冲激响应的估计值： 昭矾- 舞器嬲 2 件3 ， l s 估计结构简单，计算量小，但对a w g n 和i c i 比较敏感。在a w g n 和i c i 较大时， 估计的性能下降较大。由于数据子载波上的信道响应是通过对导频子载波上的频响内插得 到的，导频子载波处频响估计的准确程度将直接影响到整个估计的性能，因而l s 估计有 待改进。 ( b ) l m m s e 信道估计【l o - 1 1 1 基于l m m s e 准则，得到导频处频响的估计值： 甬京邮电大学坝士矽 冗生学位论文弟四蕈频域佰j 趸俩汀 h p j m 慨= r h ，h 哺。k hl h hp 扭 。 = r h 曩弋r h 潭+ o n 2 up a h p f fa i b = | m m 洱ap b 媳一q 其中，也，肛为l s 估计得到的导频处的频响，为a w g n 的方差，。为加权矩阵，它 对l s 估计的结果进行了平滑， r 叩p = e 妒p h ；、 r h h p 。= e 、hp h ；l r h 删h | = e j l h p 括h ；l 一 由式( 4 4 ) 可以看出，l m m s e 算法需要对矩阵求逆，每次估计时，都要计算x p x p h ， 并重新计算加权矩阵肺腑，计算量大，对硬件的要求比较高，不适合应用于实际系统。为 了消除也j m m s e 对x p 的依赖关系，可以用e 掣) 代替形，以一定的性能损失换取较 小的计算量，这样得到： a p “m 。e = r h ? h ( r t t p h ，, + 吾, b n r i 丫。自p l s ( 4 - 6 ) 其中，s n g - - e i x ( 尼 1 2 为平均信噪比，i 是单位阵，p = f l x ( k ) 1 2e 1 1 x ，( 尼) 1 2 是二个仅 依赖于信号星座图的常量a 对于q p s k ，= 1 ；对于1 6 q a m ，= 1 7 9 。当自相关矩阵月砟砟 和s n r 已知时，只需要对一计算一次，显然大大降i 氐t i 算量。 式( 4 - 6 ) 实际上是对导频的l m m s e 估计，如果要扩展到整个频域，l m m s e 估计器的 表达式应该为： 瓯。巩h ( r h h + 彘i 丫龟s ( 4 - 7 ) 式中的反是p 点的导频频响疗础经过插值或者滤波以后的完整的点的信道频响， r 舳是信道的自相关矩阵。 上述算法中的一个重要参数是信道的相关函数，只要知道了信道的相关函数，就能用 线性估计器平滑l s 估计的信道，得到更好的估计效果。 ( c ) m l 信道估计【1 2 】 设发送信号x = 五x 】7 ，若不考虑i c i ，由式( 2 - 2 0 ) 可知，接收向量 y = r oz k 一。】7 可以表示为： y = xo 日+ 刀 ( 4 8 ) 堕京邮堕查兰堡主型窒竺兰垡堡奎 笙婴里塑墼笪望笪生 其中。表示对应元素相乘，h = 凰h ，h 川r 为信道i f z = 【i f z d 啊k 一，】7 的傅立 叶变换，m 为信道冲激响应长度，2 = 【 o 确q n - i r 为高斯白噪声。 不失一般性，假设x = 【11 1 r ，由于信道冲激响应的长度是有限的，则式( 4 - 8 ) 变为： 】，= f 言 + 刀= 日+ 蚱 c 4 - 9 ， 其中f ：是nxn 的傅立叶变换矩阵，接收信号】，是均值为f i