隋吉生，趙 亮，王圣達，付洋洋

(1.吉林省電力有限公司，長春130021;2.東北電力大學 信息工程學院，吉林 吉林132012)

正交頻分復用，(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱OFDM)，是MCM Multi－Carrier-Modulation多載波調制的一種。有很強的抗衰落能力，能有效對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數據傳輸，被廣泛應用于無線通信領域。

無線通信系統(tǒng)的性能很大程度上受到無線信道的影響，具有很大的隨機性。使得發(fā)射機和接收機之間的傳播路徑非常復雜，為了更好地適應信道傳輸，發(fā)送端通常采用調制技術，接收端要獲得原始信息，必須對接收信號進行相干檢測［1］，就要對信道特性進行估計。

信道估計的精度將直接影響整個系統(tǒng)的性能。對于無線OFDM系統(tǒng)，信道估計的任務是根據接收到已失真的、疊加了高斯白噪聲的信息序列來準確估計出信道的頻域傳輸特性，即估計OFDM各正交子信道的頻率響應值［2］。

目前根據不同的方法和依據，信道估計的算法有很多，經典算法可以分為最小平方(簡稱LS)信道估計算法、最小均方誤差(MMSE)信道估計算法、基于導頻的信道估計算法和基于離散傅里葉(DFT)的信道估計算法等，信道估計算法還可以利用PN訓練序列插入到時域中進行估計、利用不同形式的內插將多項式插于到信道估計算法中使多項式逼近信道響應特性等。本文對經典算法中的最小平方(簡稱LS)信道估計算法和最小均方誤差(MMSE)信道估計算法對無線OFDM系統(tǒng)進行信道估計，并根據仿真結果比較兩種信道估計算法的性能。

1 無線OFDM系統(tǒng)模型

正交頻分復用(OFDM)技術是一種高效的數字傳輸技術，它可以被看作是一種調制技術，也可以被看做是一種復用技術。具有較高的頻譜利用率、功率利用率、優(yōu)良的抗窄帶干擾和抗多徑衰落能力等特點。

OFDM系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，其中，上半部分對應于發(fā)射機鏈路，下半部分對應于接收機鏈路，整個系統(tǒng)包含信道編/解碼、數字調制/解調、IFFT/FFT、加/去保護間隔和數字變頻。

其中，OFDM的調制原理是輸入比特序列完成信道編碼后，根據采用的調制方式，完成相應的調制映射，形成調制信息序列{X(n)}，對{X(n)}進行IFFT變換，將數據的頻譜表達式變換到時域上，得到OFDM已調信號的時域抽樣序列，加上保護間隔(添加循環(huán)前綴)，再進行數字變頻，得到OFDM已調信號的頻帶時域波形。接收端先對接收信號進行數字下變頻，去掉保護間隔，得到OFDM已調信號的抽樣序列，對該抽樣序列做FFT即得到原調制信息序列{X(n)}［3－4］。

圖1 OFDM系統(tǒng)圖

2 無線OFDM系統(tǒng)信道估計

2.1 系統(tǒng)信道估計模型

無線OFDM系統(tǒng)信道模型如圖2所示，數字信號a在多徑衰落信道h中傳送，噪聲視為理想加性高斯白噪，表示為n。接收機的任務就是從接收信號y中檢測出發(fā)送信息a，此外，檢測器還需要信道矢量^h，這需要用信道估計算法得到。

圖2 信道估計系統(tǒng)模型

2.2 MMSE信道估計

最小均方誤差估計簡稱MMSE估計，原理是通過求得一個合適的信道沖擊響應(CIR)，使得通過CIR計算出的接收數據與實際數據的誤差的均方和最?。?－6］。

其中，X和Y分別為發(fā)送和接收到的導頻信號矢量，F為N×N階的FFT矩陣，上標H為矩陣的Hermit轉置，Rhh為H的協方差矩陣為噪聲的方差。

信道響應的MMSE估計在進行最優(yōu)化問題求解時，考慮了噪聲的影響，所以信道估計的均方誤差比較小。但是當OFDM系統(tǒng)的子信道數目N較大時，矩陣的運算量也會變得十分巨大，計算復雜度較高。

3 實驗結果分析

文章對采用LS信道估計算法和MMSE信道估計算法的結果對比，結果見圖3。由實驗得，相同信噪比(SNR)下，采用LS信道估計后誤碼率明顯降低，信噪比越大，效果越顯著［7－8］。

MMSE和經典LS估計算法的性能比較仿真結果見圖4。

圖3 LS信道估計下和無信道估計的誤碼率仿真圖

在OFDM系統(tǒng)中，MMSE方法需求解矩陣的逆，計算量過大，復雜度較高，但是從仿真結果可以看到MMSE算法較經典的LS算法在相同的SNR(信噪比)的情況下，采用MMSE信道估計后誤碼率明顯降低要比LS算法小，MMSE算法的性能較LS算法好。

4 結 論

圖4 LS與MMSE算法的仿真比較

在OFDM系統(tǒng)的實現中，不同的調制方式所獲得的結果有所差異，綜合考慮，基于QPSK調制的OFDM系統(tǒng)性能相對較好。通過對比采用信道估計和無信道估計所得到的結果，得出采用信道估計后，可以有效地降低誤碼率。另外，通過MMSE估計算法與經典的LS估計算法相比較，可以看到MMSE算法較LS算法在相同的信噪比情況下，MMSE估計算法的均方差(MSE)要比LS算法小。因此，MMSE算法的性能比LS算法好的多，可以作為一種常用的信道估計方法。

［1］樊昌信，詹道庸，徐炳祥.通信原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1995.

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