摘 要：提出一種采用不等長分組新的OFDM系統(tǒng)。采用不等長分組的好處是不需要加循環(huán)前綴就能在發(fā)射序列中引入周期平穩(wěn)性，因此，可利用信號的二階統(tǒng)計(jì)特性實(shí)現(xiàn)信道盲估計(jì)。信道盲估計(jì)主要分子空間分解、相關(guān)擬合和最大似然三種方法。結(jié)合Monte Carlo仿真表明，在信噪比較低時(shí)，結(jié)合子空間分解方法計(jì)算出的誤碼性能比其余兩種方法好。

關(guān)鍵詞：OFDM;盲信道估計(jì);誤碼率;子空間分解;特環(huán)前綴

中圖分類號：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0504602

Method of New Calculation on OFDM System Error Rate

LI Yanwu，ZHUO Dongfeng，SI Bingnan，NI Hongyan

(Department of Electronic Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，030024，China)

Abstract：The paper introduces long curtate new unequal OFDM system.Adopts long curtate unequal benefit to be not to require that the second order adding the circulation prefix，being therefore likely to lead into period stationarity，making use of signal therefore in launching an array，counting characteristic property realizing blind estimation of route.This technology includes three kinds of method : subspace decomposition，correlation matching，and maximum likeewise，Monte Carlo simulation show that whentheEb/No is low，function is better than the other kinds of method.

Keywords：OFDM;blind channel estimation;error rate;subspace decomposition;circulation prefix

1 引 言

正交頻分復(fù)用具有抗多徑延遲擴(kuò)展、抗脈沖噪聲、高的帶寬及系統(tǒng)固有的頻率分集等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的和現(xiàn)今實(shí)際的獲得信道估計(jì)的方法是通過在發(fā)送端發(fā)送已知訓(xùn)練序列(也稱為載頻圖樣)，在接收端測量接收序列，再通過擬合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出技術(shù)對時(shí)不變信道來說是非常有效的，僅僅需要在每次通信發(fā)起時(shí)發(fā)送一段足夠長的訓(xùn)練序列即可，但對快速時(shí)變信道，則必須要周期性地發(fā)送訓(xùn)練序列，這就需要占用大量的信道帶寬，大大降低了通信系統(tǒng)的吞吐量。信道盲估計(jì)是在不發(fā)送已知訓(xùn)練序列的情況下，利用信道的結(jié)構(gòu)信息和輸入特性，僅僅通過處理接收序列來獲得信道估計(jì)的技術(shù)，顯然信道盲估計(jì)可以大大提高通信系統(tǒng)的吞吐量。

本文提出一種采用不等長分組新的OFDM系統(tǒng)。他的優(yōu)點(diǎn)是沒有降低系統(tǒng)的傳輸效率，而不等長分組能在發(fā)射序列中引入周期平穩(wěn)性，因此該系統(tǒng)可利用信號的二階統(tǒng)計(jì)特性實(shí)現(xiàn)信道盲估計(jì)。本文首先介紹不等長分組的OFDM系統(tǒng)，然后對其盲信道辨識性能進(jìn)行研究，并給出仿真結(jié)果。

2 系統(tǒng)的模型

本文采用一種新的不等長OFDM分組編碼方式。他與通常的編碼方式不同的是:他的兩個(gè)連續(xù)的OFDM分組具有不同的長度(分別為M1，M2即M1≠M(fèi)2)，且沒有在OFDM分組中加循環(huán)前綴。將兩個(gè)連續(xù)的OFDM分組作為一個(gè)OFDM的幀，其幀長p=M1+M2。用w(np+p)表示第n個(gè)幀中的第p個(gè)發(fā)射信號，那么有:

采用這種編碼方式的好處是不降低系統(tǒng)的傳輸效率，同時(shí)可利用不等長分組在發(fā)射信號序列中利用產(chǎn)生的周期平穩(wěn)性進(jìn)行信道的盲估計(jì)。

3 信道盲估計(jì)技術(shù)

移動通信系統(tǒng)中目前常用的信道盲估計(jì)技術(shù)主要有3種方法：子空間分解、相關(guān)匹配和最大似然方法。下面分別介紹這3種方法的最基本的實(shí)現(xiàn)。理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，并非所有的信道都能被準(zhǔn)確估計(jì)，這也就是說只有某些滿足可辨識條件的信道才能被準(zhǔn)確估計(jì)。信道可辨識的充分條件是：當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息已知時(shí)，多信道中的子信道必須互質(zhì)(即所有子信道的Z變換不含公共零點(diǎn))。

3.1 子空間分解方法

利用信號子空間和噪聲子空間之間固有的正交關(guān)系，和文獻(xiàn)[1]，可以得出理想情況下信道估計(jì)的表達(dá)式：

方法特點(diǎn)：因?yàn)樾盘栕涌臻g僅僅由用戶的擴(kuò)頻波形和信道特性決定，而與各用戶發(fā)送信號的幅度無關(guān)，所以子空間分解方法能夠抗遠(yuǎn)近效應(yīng)和多徑衰落。要估計(jì)某用戶的信道，僅需要知道該用戶的擴(kuò)頻波形即可。在方法的優(yōu)化過程中，不存在其他方法所遇到的局部極小困難。但是信號子空間方法需要知道關(guān)于信道階L的準(zhǔn)確信息，過估計(jì)信道階會影響方法的性能。在可辨識條件不滿足時(shí)，性能會急劇下降。因?yàn)橐M(jìn)行特征值分解，所以方法的計(jì)算復(fù)雜度較大。

3.2 相關(guān)匹配方法

根據(jù)文獻(xiàn)[1]信道的先驗(yàn)信息對信道作出合理的假設(shè)，得到觀察向量自相關(guān)矩陣的理論表達(dá)式為RI， 而觀察向量的自相關(guān)矩陣可用[WTHX]R[WTBX]i^=IJ∑ij=i－J+IyjyHj表示，應(yīng)用擬合技術(shù)，相關(guān)匹配方法的信道盲估計(jì)為：

方法特點(diǎn)：相關(guān)匹配方法對信道階的選擇不敏感，所以只要知道信道階的上界，該方法就能表現(xiàn)出良好的性能。但是因?yàn)樾诺拦烙?jì)的優(yōu)化問題是非凸的，所以不可避免地容易陷入局部極小的困難。

3.3 最大似然方法

當(dāng)加性噪聲為零均值的高斯過程時(shí)，結(jié)合文獻(xiàn)[1]，再用最大似然方法得到的信道估計(jì)的表達(dá)式為：

方法特點(diǎn)：對足夠大的接收數(shù)據(jù)量，最大似然方法是理論上的最優(yōu)方法，可以達(dá)到Monte Carlo下界。最大似然方法對信道階的選擇不敏感，只要知道信道階的上界，就可以估計(jì)出信道。但是最大似然方法不是包含閉合解的方法，因?yàn)樾诺拦烙?jì)的優(yōu)化問題是非凸的，所以容易陷入局部極小。

4 誤碼率的計(jì)算

可以直接利用文獻(xiàn)[3]的結(jié)果寫出他的誤碼率的表達(dá)式：

對于上式中的，I，P取值越大，計(jì)算的結(jié)果越準(zhǔn)確。在實(shí)際計(jì)算表明，上式收斂得非常快，在下面的計(jì)算中取I=400，P=300。

5 仿真結(jié)果

下面用式(1)計(jì)算OFDM系統(tǒng)的誤碼率，并將計(jì)算的結(jié)果和用MonteCarlo方法仿真得到的結(jié)果進(jìn)行比較。系統(tǒng)輸入的信號s(n)是獨(dú)立同分布的(i，i，d)8PSK信號，M1=3，M2=4。信道的階數(shù)為4，其零點(diǎn)分別為1，－0-8，0.9exp(j9π20)，1.1exp(j9π20)。

信噪比的定義為：

計(jì)算的結(jié)果如圖2所示，圖中的實(shí)線和星號分別表示采用子空間分解方法和最大似然方法的計(jì)算結(jié)果。由圖可見用式(1)計(jì)算的結(jié)果與仿真的結(jié)果吻合得非常好。

同時(shí)也看到，在本文的情況下，子空間分解方法比最大似然方法好得多，這是由于信道估計(jì)的優(yōu)化問題是非凸的，所以不可避免地容易陷入局部極小造成的。

6 結(jié) 語

本文在采用不等長分組的OFDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)不加循環(huán)前綴就可實(shí)現(xiàn)信道的盲估計(jì)。結(jié)合子空間分解方法、相關(guān)匹配方法及最大似然方法進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：該方法可實(shí)現(xiàn)信道的盲估計(jì)，而且還表明，子空間分解方法比其余的兩種都好，因?yàn)樗茉诎l(fā)射序列中引入周期平穩(wěn)性，而且本方法因不用加入循環(huán)前綴，故不會降低傳輸效率。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”