基于OFDM的LS信道估计仿真的研究

黄李健

（宁德师范学院 物理与电气工程系，福建 宁德 352100）

基于OFDM的LS信道估计仿真的研究

黄李健

（宁德师范学院 物理与电气工程系，福建 宁德 352100）

信道估计技术保证了信号传输的可靠性。基于导频的LS信道估计算法，通过导频子信道的响应得到整个信道的响应，能够很好地跟踪信道的变化，在复杂度不高的情况下取得较好的误差性能，具有很好的实用性。仿真结果表明采用LS信道估计后有效的降低了系统的误码率。

导频；最小二乘；信道估计；误码率

信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示，对于OFDM系统来说就是要估计出各个子载波上的频率响应。OFDM系统的信道估计方法主要分为利用导频的信道估计和盲信道估计两类，利用导频的信道估计方法常见的有基于导频信道和基于导频符号这两种。由于OFDM系统具有时频二维结构，因此采用导频符号的信道估计在使用上更灵活。基于导频符号的信道估计方法就是在发送端信号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，按某些算法进行信道估计[1]。这种方法的发送端要发送导频信号，使系统的频谱利用率和功率利用率降低，但是在信道特性变化很快时，可以对信道特性的变化及时做出反应。而盲信到估计是指在不知道发送数据的情况下，利用发送数据或接收数据之间的相关性来完成对信道响应值的估计。这种方法的频谱利用率和功率利用率很高，适合于对变化较慢的信道进行估计但是需要利用大量的累积数据来获取各类统计量，计算时延较大且复杂度高[2]。

1 LS信道估计算法原理

在一帧OFDM符号内，信道传输特性基本不变或变化较小时，一般选择插入块状导频来完成信道估计。因为不需要在接收端进行频域插值，所以插入块状导频的信道估计对频率选择性不是很敏感。这种信道估计算法中较常用的一种就是基于最小二乘LS[3][4]算法。

OFDM系统的信道可看作是N个并行的相互独立的高斯信道。OFDM系统传输信道的频域表达式（写成矩阵的形式）为：

LS（Least-Square，最小二乘）信道估计就是从最小二乘意义上得到的信道估计方法。信号通过信道的矩阵表示形式如式（1.1）所示，利用循环脉冲响应h的LS 估计器使（Y-XFh）H（Y-XFh）最小，通过计算得到

进一步得到LS估计的表达式：

基于LS准则的信道估计算法结构简单，仅通过在各载波上进行一次除法运算，计算量小。但是，在LS估计中未利用信道的频域与时域的相关特性，并且由于在估计时忽略了噪声的影响，所以信道估计值对噪声的影响比较敏感。在信道噪声较大时，估计的准确性便大大降低，从而影响数据子信道的参数估计。

LS估计算法的最小均方误差：式中N为插入的导频数量，σ2为高斯白噪声的平均功率。当信道为低速移动或准静止，即信道特性随时间变化不大，ICI的影响可以忽略的情况下，对估计准确度要求不是很高时，一般可以采用LS估计算法降低计算的复杂度。

2 LS估计算法仿真

图2-1 LS信道估计算法原理图

LS估计算法的原理框图如图2-1所示，A为频域接收符号，设发送端的插入导频符号为X，从A中通过导频提取得到接收到的导频为Y，由X，Y的比值估计信道的传输函数H，最后根据传输函数对数据信息进行校正，得到接收的符号信息R。

使用MATLAB编写代码搭建OFDM系统，采用误码率曲线来衡量估计算法的性能。系统的仿真参数设定如下：有效数据的子载波数为200，符号数/载波为50，位数/符号为2，采用的循环前缀长度为OFDM帧长度的1/4，采用的QDPSK调制，多径信道数2、3、4。本系统通过仿真比较AWGN信道和瑞利衰落信道下LS信道估计算法的性能。仿真前提假设循环前缀CP长度大于信道最大时延扩展，并且系统同步。

图2-2 AWGN信道下误码率曲线

图2-3 瑞利衰落信道下误码率曲线

图2-2、图2-3分别为AWGN信道和瑞利衰落下LS信道估计对误码率影响曲线，可以看出在相同SNR的情况下，加入信道估计后系统的误码率降低了。

3 小结

OFDM系统的信道估计方法主要分为利用导频的信道估计和盲信道估计两类，基于导频的信道估计具有复杂度低和时延小的特点，因此有较强的实用性。基于块状导频信号的信道估计，包括LS算法、MMSE算法和LMMSE算法。LS算法实现较为简单，仿真结果表明对系统的误码率有一定改善，当信道为低速移动或准静止，即信道特性随时间变化不大，ICI的影响可以忽略的情况下，对估计准确度要求不是很高时，一般可以采用LS估计算法降低计算的复杂度。而在对估计性能要求较高的应用场合，通常采用基于MMSE准则的信道估计算法。今后可进一步对MMSE算法和LMMSE算法进行仿真并比较分析各自特性。

[1]咚学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2]徐娇月.基于导频的OFDM信道估计的研究[D].大连：大连海事大学，2007.

[3]Sinem Coleri，Mustafa Ergen，anuj Puri.Channel Estimation in techiques Based on Pilot arrangement in OFDM Systems[J].IEEE TRANSACTIONSON BROADCASTING ，2002：48(3).

[4]J.J.VandeBeek，M.Salldell etc.On Channel Estimation in OFDM Systems[J].Proc.IEEE.Vehic.Teclnol.Corf,July.l995（2）：815-819.

[5]陈树新，邓妍，姚如贵.现代通信系统建模与仿真[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[6]刘慧颖.MATLABR2007基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2008.

The Simulation Least-Square Channel Estimation Based on OFDM System

HUANG Lijian

（Department of Physics&Electrical Engineering,Ningde Normal University,Ningde,Fujian 352100）

Channel estimation strengthen the reliability of signal transimission.Least-Square channel estimation based on pilot can get complete channel response via pilot subchannel，and follow channel changes well to get better error performance if it is not very complicated,It is with higher practicality.The simulation results show that the LS channel estimation effective decrease the bit error rate of the system.

pilot;least-square;channel estimation;bit error rate

TN911

A

1674－2109(2012)01－0065－03

2012-02-19

福建省教育厅科技项目(项目编号：JB10186)；宁德师范学院科研资助项目(2009102)。

黄李健（1980-），男，汉族，讲师，硕士，主要研究方向：电子信息及通信技术。