信道估计误差对OFDM功率和比特分配的影响

1、信道估计误差对 OFDM功率和比特分配的影响信道估计误差对 OFDM功率和比特分配的影响刘 毅 , 张海林( 西安计误差对比特分配影响的分析 为了计算信道估计误差对信道发射功率的影响 , 先给出一个信道估计的平均误差 的定义 4:21NnnN= (3)假设信道估计没有误差 ,那么由(2) 式可以得到发送 R比特信息所需发射功率为 211min ( )()nNTncDnnPfc = (4)那么由于信道估计误差引起的发射功率增量为TTTPPP = (5)定义平均比特信噪比 ( 以下所说的比特信噪比均是指平均比特信噪比 )2: Average Bit SNR=OFDMOFDMN0每个 信号总的传输功

2、率* 每个 信号比特数信道估计的误差将引起发射功率的变化 , 所以比特信噪比也将发生变化 . 定义平 均比特信噪比的增量 : *0_Bit SNR Bit SNR Bit SNR = ; 定义误码率的增量 :*0eeePPP= . 其中_Bit SNR 和0_Bit SNR 以及eP和0eP 分别是信道估计误差为 和无误差时的平均比特信噪比及误码率 . 如果信道估计的结果完全不可信 ,那么"greedy 算法"将不再适用 ,最直接的办法 就是不再考虑子载波信道的差异 ,将 R个比特信息平均分配到各个子载波上 5. 此时:21()NTnnRfNP = = (6) 由于平均分配

3、比特的方法不依据信道信息 , 所以信道估计误差对其没有影响 ,但 在信道估计误差比较小的情况下 ,此方法的性能与 "greedy 算法"相比会差很多 .4 计算机仿真 这节中我们将前面的理论分析与用仿真的方法进行验证 . 我们考虑系统采用 BPSK,QPSK,8PSK,16PSK,32PS几K种调制方式 , 此时 D=0,1,2,3,4,5. 信道是具 有 4 条多径的频率选择性衰落信道 , 选用 128 个子载波的 OFDM系统, 总传输速率 384bit/symbol, 噪 声单边功率谱0N=1, 假设每个载波的信道增益对于所有 n 有21nE=.对于 M-PSK调制,

4、如已知星座点最小距离为 d, 则所需要的平均能量为2/2(1 cos(2 / )pskEdM= , 所以在给定误比特率 Pe条件下,传输 c 比特所需 要接收到的功率为 67:1201201200, 0(), 12 ()(11 ) 22(/2)32sin(/2) e e e c c NQP c fc N QPc NQP c (7)在上面的条件下 , 得到的仿真结果如下0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-9.5-9.0-8.5-8.0-7.5-7.0-6.5-6.0-5.5Bit_SNR*(dB)greed_allocation图 3: 比特信噪比增量 (*_Bit SNR) 随平均

5、信道估计 误差( ) 变化曲线0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.0x10-21.5x10-22.0x10-22.5x10-23.0x10-23.5x10-2P*egreed_allocation图 4: 误码率增量 ( eP)随平均信道估计误差 ( ) 变化 曲线 图 3 和图 4 分别是 *_Bit SNR 和 *eP随 变化的曲线 .可以看出 :由于信道估计误差的存在 ,应用"greedy 算法"使发射功率有所减小 (增量是负的 ), 但这并不是好的现象 ,因为 同时误码率也增加了. 随着信道估计误差的增大 , 发射功率减小量增大 , 误码率的增加量也越

6、大 . 图 5 是在保持系统误码率不低于 410 时,"greedy 算法" 和平均分配算法的比特 信噪比随信道估计误差的变化情况 . 可以看出 : 在信道估计没有误差时 (0 =),greed_allocation 算法性能 (20dB)比 average_allocation 算法的性能 (35dB) 好很多 ; 信道估计误差使保持同样误 码率所需的比特信噪比变大 , 当估计误差很大时 ,greed_allocation 算法则不如 average_allocation 算法 .0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.92025303

7、5404550Bit_SNR(dB) average_allocation greed_allocation图 5: 比特信噪比随信道估计误差的变化 (误码率为 410eP )5 结论本文讨论了 OFDM的发射端功率分配问题 , 分析了信道估计误差对功率和比特分 配算法的影响 .通过仿真结果可以看出 , 对于 average_allocation 算法来说 , 信道估计误差对其 影响不大 , 所以如果信道估计误差很大或未知信道信息的时候 , 可以选用此算法 ."greedy 算法"虽然是 确知信道信息情况下的最优算法 , 但信道估计误差会使该算法的比特信噪比以及系统误码率同

8、时发 生变化, 当保持误码率不变时 , 所需的比特信噪比随信道误差的增大而增加 . 所以如何找到一个发 射功率分配算法 ,使其对信道估计误差具有更好的鲁棒性 , 这是以后的工作中要重点研究解决的问 题.参考文献1 Richard van Nee, Ramjee Prasad. OFDM for Wireless Multimedia Communications. London, Artech House, 1999,35-502 Cheong Yui Wong and Roger S. Cheng. Multiuser OFDM with AdaptiveSubcarrier Bit and

9、 Power Allocation. IeeeJournal On Selected Areas In Communications, VOL. 17, NO. 10, Oct 1999, 1747-1758.3 James Gross,Jirka Klaue,Holger Karl, AdamWolisz. Subcarrier allocation for variable bit rate video streams in wireless OFDM systems. Proc.of Vehicular Technology Conference(VTC), Florida, USA,

10、20034 Hyunsoo Cheon, Daesik Hong. Effect of Channel Estimation Error in OFDM-Based WLAN. IEEECOMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 6, NO. 5, MAY 2002, 190-1925 Khalighi M A, Brossier J M, Jourdain G V. Water Filling Capacity of Rayleigh MIMO ChannelsC. Personal Indoor and Mobile Radio Communications, 2001 12th IEEE International Symposium on.vol.1.20