LTE-信道估计(简介)

1、04.13信道估计4.13.1信道估计简介1.有哪些信道估计方法(1)盲估计与半盲估计(2)基于导频的信道估计(3)基于训练序列的信道估计2.信道估计的作用抵抗衰落，用估计结果来抵消各个子信道衰落的影响，从而在接收端获得正确的解调。在OFDM无线通信系统中一般采用多进制调制方式，如MQAM调制方式，这就需要在接收端进行相干解调。由于无线信道的传输特性是随时间变化的，因此相干解调就要用到信道的瞬时状态信息，所以在系统接收端需要进行信道估计，以获得无线信道的瞬时传输特性信道估计还可以用来纠正频率偏移造成的信号正交性的破坏对于结合MIMO技术的OFDM系统来说，空时检测或空时解码一般要求己知信道状态

2、信息，因此这时的信道估计及估计的准确性就尤为重要对于闭环系统，如OFDM自适应调制系统、MIMOOFDM自适应调制系统、结合信道信息采用改进空时编码发射机的MIMO系统等，发射机端同样要求得到信道状态信息各种方法的基本原理及准则原理(1)盲估计：不需要发送辊发送特殊的训练序列，但是接收须接收到足够多的数据符号，以得到可靠的信道估计，但有很大的处理延时。(2)基于导频：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。准则最小平方误差准则(LeastSquareerrorlaw，LS)(2)最小均方误差(Minim

3、umMeanSquareErrorlaw，MMSE)(3)最大似然准则主要用于盲估计依据各种方法使用条件及优缺点来确定选用何种估计方法(1)盲估计：优点盲估计可以大大提高系统的传输码率。缺点：很大的处理延时0（2）基于训练序列和导频的信道估计比较成熟经过考虑我们选定基于导频和基于训练序列的信道估计算法00信道估计就是通过已知导频的X和接收信号Y根据某种准则先求导频处信道的频率响应H。常见的导频类型梳状导频这类导频用于信道变化较快的情况，即信道的相邻频响之间变化很大。导频结构如下图所示，图中导频位置沿频率方向等间隔分布，而在有导频分布的子信道中沿时间方向所有位置上全部插入导频。Q:0:OO00o

4、f0OOOOCoo*OOOOaO0b.OraraKA4.2梳状导频块状导频这类导频适用于信道变化较慢的情况，即信道的相邻频响值之间相羞很小。导频结构如图4.3所示，图中的导频位置沿时间方向上等间隔分布，而在有导频分布的时刻沿频率方向所有位置全部插入导频QoooaOoooood00ao矩形状导频这类导频用于信道变化不太快也不太慢的情况。导频结构如下图所示，图中导频符号延时间，频率方向都是等间隔分布的，:6QO:G:600Q:O0OOooooo0OO*OcQ*0OOoOp-O000OQcO*Q图4.4矩形状导频基于导频的信道估计n数据符号导频符号彼估计符号半盲估计算法：以两收两发MIMO系统为例，

5、对于第i根天线上第n个OFDM块中第k个子载波上的信号，其频率响应可表示为：/=0因此，为了得到乩尽讣只需估计旳冋小对于每根接收天线接收信号如旧为:(3-8)/-I对于k电1,K-1及所有的m如果发射信号小胡已知辰打通过使用训练符得到，那么肉帆/的时序估计可以通过LS准则的价值函数发现：C（尿n,/i=1,2$二厂屈斤血网1%k(3*9)rLi=0i=0因此，町训可以由下式决定:韵阪呱丄J些上式中阳和2分别表示复数的雲部和虚部4与式（芬10）等价的直接计算为:虹训）丿兀価网珂顽师利伽1(3-10)2.IM-认hH-広叫:讪“门)厲1/-0J(3-13)APi那么式(3-1!)等价为;备注：此算

6、法不是最简的有待改进。M仝升叭打;处师皿淞山崗;以航yy%Mb岛e卜pji其中j=1?2,/n=O,lf.?D-l式(3-14)可以简化为:而讣，Pi*q“分别定义如下;由式(3-15)可以得到信道参数的时序估计:在分组数据以突发模式传输的MIMO-OFDM系统中，当系统处于iJIliur列模式时”在接收端是已知的，可以直接由式(3-16)得到信道冲激响应的初始估汁值；当系统处于数据传输模式时，利用辖码后的数据进行空时编码,生咸参考训练序列，利用估计式(3-16)对信道重新估计，以便跟踪信道的变化,半盲估计的改进算法：在基本LS信道估计中，为了实现信道参数的时序估计，必须计算Q.一个MIMO-

7、OFDM系统的OFDM块的符号持续时间是塚，子载波数为128,如果信道延迟时间为20衍那么仏的值为1九0即为34x34矩阵帶因此，计算07需要非常大的计算量竹为了降低计算复杂度，参考文献1提出了一种基于重要抽头捕获(SigniticantTapCatching,STC)的LS信道估计，其基本思想是利用信道延迟特性，大大简化了基本LS信道估计“在大多数移动无线信道中信号的波达方式是离散多径的，即多数h.M的值为零或非常小.因而这些信道的延迟抽头可以忽略利用这个特性，可以降低计算复杂度通过识别训练符中的重要抽头提高信道估计性能。分组数据传输的无线通信系统中，第一个OFDM数据块是训练符块，用来初始

8、化信道参数估计，实现时间同步和频率同步训练符块作为已发射数据，QT可以通过式(3-17)计算出来，初始化信道参数估计只需要Q与p相乘口JW*1二f-TJ-.-fcK.Fh.1Iif-IXd.-r/*E%JF.A、fIIh*J-44sri值。在发射训练序列期间对为缶忙叩进行识别，假定M为满足2云的所有抽头数，因此，只需估计出即可(炖“2,必；0斗乙川小仿玄应-1)，(3-16)式中相应的矩阵求逆运算降到了疋2M阶，即有:(3-32fi-C/i，几，/l-i)施QM其中，同为2Mx2M的矩阵。通过仿真证明*对于所有的延迟分布情况,M=7已经足够了。参照331节可以得出式W1）各部分的定义式，如下:

9、A皿1021间022H而丽，0同分别定义如下:血帥加h陥加人y通过研究信道参数的吋域相关性，可以获得更准确的信道参数时域佔计文献18中提出鲁棒时域相关函数，利用抽头数为L的时域FIR维纳滤液器对时变信道作岀更准踊估计:其中/为FIR维纳滤波器的抽头系数，Z的博立叶变换用佃）表示，/可以由最小均方渓差准则和正交性原理得到:r=(加”1比iDrHoJi讥町&=尸j制片仏2i9*+孑卜m怡+2讪丿其中，厂卜昱警J,叫=2码兀，厲是多普勒频移。那么，信道频率响应可以表示为：呱店f航躬唧警）Z?=8（Nh81jNp=16.的信道频率响应，护昭oL职il.就叫-表示导频序列的加性高斯白噪声。基于导频的二维

10、信道估计的信道频率响应可以表示为A；“维列向量円Hi=（H血也H札十“,H,悅+h也弭-1H血+砧+浮（4-7）利用正交原理基于导频的二维MMSE信道估计表示为冋:Hmse(4-8)其中=E阳片IR明=E#fH，伉表示竹汎单位矩阵。矩阵R时和g是通过信道频率响应的相关函数得到:不同OFDN4块和子载波的信道频率响应相关函数为声刖：其中厶（町表示第一类零阶贝塞尔函数，耳咛表示最大多普勒频移。只要导频/=0序列Xp/=1,2讯发生变化，就需要对矩阵求逆，因此传统的基于导频的二维信道估计具有很大的复杂度.为了降低复杂度，低秩维纳滤波器理论很难应用于基于导频的二维信道估计。改进基于导频的低秩二维信道估

11、计算法由于信道延迟扩展的有限性，一个OFDM块中相邻子载波的频率响应高度相关切。同样，一个子载波中相邻OFDM块的频率响应也高度相关2叭利用信道频率响应的相关性，降低信道估计复杂度。从第i个发射天线发射的一组导频中的第p个导频符定文为：X?=exp戒#乂7Qi*p=1*2,，芯(4-10)LS信道估计的一组导频R鴛通过简单的线性运算获得；醯=旳卜沱七1并_I),=l,2,.,yt(4-11)其中r”表示一组导频中第p个导频符的接收符号.通过平均相邻信道频率响应,才E1*mf=.Ltj卜hiJ-jIII基于导频的低秩二维信道估计的分组导频模式如图4乜所示口图4-2表示了第i个发射天线的导频分组模

12、式，每组导频的导频符号分别位于频率域和时域。分组导频的接收信号为：耳=启冈+用+叫(4-12)乜十叫(4-13)其中凤戸表示第i个发射夭线的每组导频的第P个导频符号的信道频率响应表示均值为零方差为疋的加性高斯白噪声.由式(4-10)可得，分组导频符设置为X!=1,Z(2=bX；,捋二-1。由式町得，分组导频模式的LS信道估计为：EJ知町+g仏+心P=卩(414)子载波OFDM块图4-2发射天线数为2的MIMO-OFDM系统基于导频的低秩二维信道估计的分组导频模式（2=1,2）冈4（斤一厂2）毎可+仙-叫P=U4-15）利用式（4-1B的分组导频LS信道估计，可以得到基于导频的二维MMSE信道估

13、计；其中比5丿育心0谧心1皿心【2）鸟的-育心同表示第小个导频符的LS信道估计口与式4-8）中传统的信道估计相比”式（4-16）中的基于导频的二维MMSE信道估计只和单个发射天线相关。同样，即使信道估计的导频符号发生变化，矩阵求逆运算也只需要计算一次。为了降低贰（412）中二维MMSE信道估计的计算复杂度，利用低秩维纳滤波器理论。通过奇异值分解CSingularValueDecomposition,SVD）p4:陥（p九严詡工严4其中&表示XNp对角矩阵，且具有F个非零奇异值入巴石2王心AF为矩阵另的秩FU和V均为单位阵。由于矩阵工，的一些奇异值可以忽略不计，rxIjIw&_-_J*_,IL_*bi_HxlurJJC3f1丄亠扎d%秩为q的信道估计为：&曲=吃叽由导频出的频响估计整个信道的频响的方法有好几种，综合考虑，选定了DFT插值法DFT插值法(还有其他插值法，综合比较后确定dft插值法)已知导频位置的已估信道频率响应值为瓦3,胪=0,1严,尸-1，可以采丿“聯髓錄吨蔚OW,麓潮畑“旳丿N-P(0),H匚,启匕(F-1)T方岭(0