基于导频的OFDM信道估计课件

基于导频的OFDM信道估计霍俊彦学号：04081101602004 年 12 月 22 日基于导频的OFDM信道估计霍俊彦1 1主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现2 2主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现3 3OFDM发展及基本原理OFDM发展史发展史uu自从自从2020世纪世纪8080年代以来，年代以来，OFDMOFDM已经在数字音频已经在数字音频广播广播(DAB)(DAB)、数字视频广播、数字视频广播(DVB)(DVB)、WLANWLAN中广泛中广泛应用应用uu19951995年，年，ETSIETSI制定了制定了DABDAB标准标准uu19971997年，年，DVBDVB标准也开始投入使用标准也开始投入使用uu19981998年，年，IEEE802.11IEEE802.11选择选择OFDMOFDM作为作为WLANWLAN的物的物理层接入方案。理层接入方案。OFDM发展及基本原理OFDM发展史4 4OFDM发展及基本原理基本原理 将发送的数据流分散到许多个子载波上，使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，抗多径和抗衰落的能力。为了提高频谱利用率，OFDMOFDM中各个子载波频谱有中各个子载波频谱有1/21/2重叠，但保持正交，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。消除码间干扰的影响。OFDM发展及基本原理基本原理5 5OFDM发展及基本原理系统模型 OFDM发展及基本原理系统模型6 6OFDM发展及基本原理信道估计的必要性 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。根据调制方式关检测，解调，均衡的基础。根据调制方式(差分或差分或非差分非差分)的不同，在接收端采用不同的解调方法。如的不同，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。估计值。OFDM发展及基本原理信道估计的必要性 7 7主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现8 8信道估计的基本方法信道估计的分类uu非盲估计非盲估计 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做好准备 uu盲估计盲估计 不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获不使用导频信息，通过使用相应信息处理技术获得信道的估计值得信道的估计值信道估计的基本方法信道估计的分类9 9信道估计的基本方法比较uu基于导频符号的信道估计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：频谱利用率低缺点：频谱利用率低uu盲信道估计盲信道估计 优点：频率利用率高优点：频率利用率高 缺点：信道估计需要积累一定的时间，不适用于时缺点：信道估计需要积累一定的时间，不适用于时 变信道变信道信道估计的基本方法比较1010信道估计的基本方法 在基于在基于OFDM OFDM 的新一代无线通信系统中，由于传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（输速率较高，并且需要使用相干检测（coherent coherent detectiondetection）技术获得较高的性能，因此通常使用）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。跟踪无线信道的变化，提高接收机性能。信道估计的基本方法1111主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现1212基于导频的OFDM信道估计方法基本过程 在发送端适当位置插入导频，接收端利用导频恢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复出导频位置的信道信息 ，然后利用某种处，然后利用某种处理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段的理手段（如内插，滤波，变换等）获得所有时段的信道信息信道信息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于导频的OFDM信道估计方法基本过程发送端导频的选择与插入1313主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现1414基于导频的OFDM信道估计方法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信道估计方法发送端导频的选择与插入(a)梳1515基于导频的OFDM信道估计方法性能比较uu梳状导频插入梳状导频插入 在所有的在所有的OFDMOFDM符号中特定的子载波位置放置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计算出其余频点处的信道响应 uu块状导频插入块状导频插入 在特定间隔的在特定间隔的OFDMOFDM符号的所有子载波上放置导频符号的所有子载波上放置导频 适合于信道慢变的情况适合于信道慢变的情况 基于导频的OFDM信道估计方法性能比较1616主要内容OFDMOFDM发展史及基本原理发展史及基本原理信道估计的基本方法信道估计的基本方法基于导频的基于导频的OFDMOFDM信道估计方法信道估计方法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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现1717基于导频的OFDM信道估计方法估计准则 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研究任务基于导频的OFDM信道估计方法估计准则如何最有效地从导频位置1818主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现1919基于导频的OFDM信道估计方法研究任务 利用在数据流中插入一定数量的已知数据（导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的信道响应的采样值来估计出整个信道的响应 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信道估计方法研究任务实现方式基于MMSE 2020基于导频的OFDM信道估计方法基于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道的信息的最优准则是MMSE MMSE，理论可以得到最小均，理论可以得到最小均方误差意义上（方误差意义上（MMSE MMSE 准则）的最佳滤波器是二维维准则）的最佳滤波器是二维维纳滤波器（纳滤波器（Wiener filterWiener filter）。但是二维滤波的方法比较）。但是二维滤波的方法比较复杂复杂(需要信道的某些信息需要信道的某些信息)且计算量非常大。将二维且计算量非常大。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。相关信息滤波。基于导频的OFDM信道估计方法基于MMSE 的的改进信道估计2121基于导频的OFDM信道估计方法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，高斯内插用内插方法，常用的内插方法有线性内插，高斯内插以及以及cubic cubic 内插的方法。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实现简单 基于导频的OFDM信道估计方法使用近似方法实现信道估计2222主要内容OFDM发展史及基本原理信道估计的基本方法基于导频的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 信道估计的实现主要内容 发送端导频的选择与插入信道估计的实现2323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-=pNiPiPiPP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，恢复信道估计的实现分散在OFDM符号中的一个已知的位置，)()2424信道估计的实现信道估计的实现2525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)。信道估计的实现信道估计的目的就是通过接收到的Z来估计信道的频2626信道估计的实现最大似然估计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最大似然估计可以得到h的最大似然估计2727信道估计的实现最小均方误差准则(MMSE)在无线信道中，假设h是一个Rayleigh分布的L*1复矢量信道估计的实现最小均方误差准则(MMSE)在无线信道中，假设2828信道估计的实现仿真条件带宽B=2kHz;时域采用周期T=224us；f为多普勒频移，假设最大值为10Hz；调制方式采用16-QAM调制；加入高斯白噪声；性能评价统计误差用总体均方误差来计算信道估计的实现仿真条件带宽B=2kHz;时域采用周期T2929信道估计的实现仿真结果信道估计的实现仿真结果3030信道估计的实现仿真结果信道估计的实现仿真结果3131信道估计的实现仿真结果信道估计的实现仿真结果3232信道估计的实现仿真结果信道估计的实现仿真结果3333谢 谢！谢 谢！3434