OFDM系統信道估計技術仿真研究

摘 要：詳細地分析了OFDM通信系統及信道基本理論，討論了OFDM系統中的最小均方誤差算法和最小平方算法，并利用MATLAB對這兩種算法進行了仿真和性能比較。

關鍵詞：正交頻分復用；信道估計；最小平方算法（LS）；最小均方誤差算法（MMSE）

Abstract： The basic theory of OFDM communication system and channel are analyzed in detail， the minimum mean square error algorithm and the least square algorithm in OFDM system are discussed， and the simulation and performance comparison of these two algorithms are made by using MATLAB.

Key words：orthogonal frequency division multiplexing； channel estimation； least squares algorithm； least mean square algorithm

1 緒論

OFDM系統主要的應用領域是未來寬帶無線通信方面，在當前帶寬資源有限的前提下，為了實現更快的傳輸速度，需要建設一種頻譜效率高以及物理層更優良的性能作為整個通信系統的支撐，作為當前無線多媒體傳輸應用的重要環節之一，OFDM技術因為其獨特的性能，因而成為了廣大研究人員的最佳選擇[1] [2]。

2 OFDM通信系統

多個經過調制的子載波的信號合成一個OFDM符號，調制過程中每一個子載波都會受到相移鍵控（PSK）以及正交幅度調制（QAM）符號影響[3]。圖1是OFDM 系統基本模型的框圖，有。

假設信道的個數為，分配到每一個子信道的數據符號為，第0個子載波頻率用表示，OFDM 符號的寬度用進行表示，，則從時刻開始，OFDM符號用下式表示：

查閱相關文獻，一般對OFDM 的輸出信號大多使用的復基帶等效信號進行描述。在式（2）中，OFDM 符號的正交分量和同相分別為相應的虛部和實部，在計算過程中，可以用子載波的正弦分量和余弦分量相乘得出數據結果[4]，最后形成合成的OFDM符號和子信道信號。

當值比較大時，式（2）可以采用采用離散傅立葉逆變換（IDFT）方法對OFDM復基帶信號進行等效處理.為了簡化等效過程，令式（2）中 ，此外忽略矩形函數，對信號以及的速率進行抽樣檢查，令則有下列表達式：

由上式可以得到，對進行等效是為了對進行IDFT的變換，所以在接收端部分，為了恢復原始數據符號的模型，對可以實時等效逆變換，故DFT有：

由以上得到，OFDM系統的解調和調制可以分別用DFTI和DFT表示，利用IDFT數學運算公式，能夠實現頻域數據符號di變換到時域數據符號sk，然后經過射頻載波調制信號滯后，就可以準確無誤的傳送到無線信道當中。

3 OFDM信道估計算法

LS估計是使誤差的平方最小的一種估計，在先驗信息上比最小均方誤差估計寬松，而MMSE估計使估計的誤差平方在統計平均意義下是最小的。應用在信道估計中時，利用維納濾波理論的結論[5] 。

3.1 基于LS準則的估計算法

通用估計準則有最小均方誤差準則（MMSE）和最小方差準則（LS）。根據最小方差準則，定義代價函數為：

YP，HP和XP分別代表導頻位置上的接收信號、信道響應的估計值和發送的導頻值，1≤P≤M，M是導頻的個數。令JLS=0則可以得到：

WP是在導頻位置上的噪聲干擾，該方法中所有的操作都在頻域進行，有最簡從公式（6）中可以發現，因為LS準則沒有考慮到噪聲的消除，所以噪聲將會影響到信道估計的結果。

3.2 基于MMSE準則的維納濾波估計算法

為了提高估計的準確度以及進一步消除噪聲的干擾，可以利用MMSE準則來設計信道估計算法。由MMSE準則，定義代價函數為[6]：

由上可知，利用接收到的導頻信號得到導頻位置信道相應的MMSE估計，不僅要知道信道的統計特性還要各個接收導頻信號之間的相關值，公式（13）中：RHY=RHHXPH，RYY，其中，， T是由M個導頻值組成的對角矩陣。是噪聲的方差，是單位矩陣。故MMSE準則下的維納濾波估計方法表示為：

4 系統仿真及分析

由圖2仿真可看出：MMSE算法對于ICI和高斯白噪聲有很好的抑制作用，MMSE算法的效果好于LS算法，MMSE在提供相同信噪比的條件下具有更低的誤碼率，MMSE所需信噪比比LS低10dB左右。LS算法相對簡單，易于實現MMSE的計算所用時間長得多而且算法復雜度遠比LS大。

5 結論

OFDM 系統在實現上存在信道估計等問題，由于OFDM系統中的時變特性以及頻率可以進行變化和選擇，因此在對OFDM信號進行傳輸前，關鍵點是解調動作，從而完成有效的信道估計。

參考文獻

[1] 姜貴帆.面向移動智能終端的企業移動業務系統的設計與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.

[2] 馬艷，陳大鳳，曹雯.現代移動通信技術研究的探討[J].魅力中國，2011，（13）：50-52.

[3] 張石，張怡.智能交通系統中移動寬帶無線接入技術的應用[J].計算機仿真，2008，（6）：254-256.

[4] 婁紹明，紀紅，李安濤.無線局域網標準與應用[J].移動通信，1999，（4）：57-59.

[5] 張繼東，鄭寶玉.基于導頻的OFDM信道估計技術研究及其研究進展[J].通信學報.2003，24（11）：11-13.

[6] 王婷婷.高速移動信道估計技術研究[D].南京：南京郵電大學，2012：26-32.

作者簡介

韓麗君（1983—），女，陜西渭南人，陜西省渭南師范學院數理學院，講師。