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摘要：OFDM（正交频分复用）系统以其抗多径衰落和较高的频带利用率，得到了众多领域的广泛应用。本文就OFDM系统中关键技术之一的信道估计技术进行了介绍。并分别叙述了OFDM系统和信道估计的意义，归纳了信道估计的分类，最后介绍了各种信道估计算法。
关键词：正交频分复用；信道估计；导频；最小均方误差法
中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)36-2601-01
The Research on Channel Estimation in OFDM System
LIU Kun-hao, LI Ben-xi
(School of Electronics and Information Engineering,Liaoning Technical University, Huludao 125105,China)
Abstract: OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）system, because of anti-multipath fading and the higher frequency band utilization ratio, has been widely used in many fields. The thesis describes channel estimation technology ,which is one of the key technologies of OFDM system, then introduces OFDM system and the significance of channel estimation. The article sums up the classification of channel estimation, and introduces a variety of channel estimation algorithm.
Key words: OFDM; channel estimation; pilot frequency; MMSE
1 引言
正交频分复用(OFDM)系统可等效为N个独立的并行相互正交的子信道。预先估计N个子信道的频率特性，同时用估计结果来抵消各个子信道衰落的影响，最后可以在接收端获得正确的解调。它具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，适用于高速率和多媒体数据传输，被广泛应用于众多领域，同时被认为是未来第四代移动通信的核心技术之一。OFDM系统的信道估计，就是从接受数据中将假定的各个信道模型的模型参数估计出来的过[1]。
2 OFDM系统介绍
OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当成一种复用技术。OFDM技术的主要思想是：在频域内将传输频带分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。由于各个子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。
3 OFDM信道估计的作用
OFDM信号在衰落信道中传输时，其幅度会发生衰落，相位会发生偏移。在接受端需要有一个包含信道特性的参考信号，才能正确恢复出原来的发送信号。而解决参考信号问题的一种方法就是采用相干检测。相干检测首先需要对参考信号的幅度和相位进行估计，即信道估计，然后用估计得到的信道信息进行均衡，从而消除或减小信道对信号造成的失真。
图2 块状导频下的OFDM符号结构
图2 梳状导频下的OFDM符号结构
块状导频周期性的在时域内插入特定的OFDM符号。这种导频的插入方式适用于慢衰落的无线信道中，即在一个OFDM块中，信道视为准静止。因为这种训练序列包括所有的子载波，不需要在接收端进行频域内的插值，所以这种导频的设计方案对频率选择性不是很敏感。
梳状导频均匀的分布于每个OFDM块中。假设两种导频的导频载荷相同，梳状导频有更高的重传率，因此梳状导频在快衰落信道下估计的效果更好。但是在梳状导频的情况下，非导频子载波上的信道特性只有根据对导频子载波上的信道特性进行插值才能等到，所以这种导频方式对频率选择性衰落比较敏感。为了有效对抗频率选择性衰落，子载波间隔要求比信道的相关带宽小很多。
4.3 盲信道估计
在盲信道估计中，判决信道估计方法，要求导频符号在时间轴和频率轴方向的间隔为2的整数次方。这种估计方法先在频率方向做线性估计，然后利用频率方向的估计结果在时间方向做线性估计。此方法在做信道估计的同时进行衰落补偿，并利用补偿后的数据符号的判决结果继续进行信道估计。此方法具有实现简单的优点。在信噪比低时，由于误判带来的错误扩散，其均方误差较大；当信噪比较高时，这种方法消除了误差的累积。
5 结束语
在慢变化的信道环境中，信道的相关性比较强，LMMSE估计的性能比较好，但是复杂度相对比较高，LS估计性能次之，实现比较简单，判决估计由于存在错误传播的原因性能最差。
在快变的信道环境中，当信噪比逐渐增大时，由于信道的相关性很差，因此LS估计、LMMSE估计的性能变得很差，而判决估计由于具有很强的信道跟踪能力，因此性能优于其他几种算法。
综上所述，系统性能的提高是以系统的复杂度为代价的。因此，在实践中，应该根据实际系统的信道环境来选择适当的方法，从而找到系统的性能和复杂度的平衡点。
参考文献：
[1] 黄韬,袁超伟,杨睿哲,刘鸣. MIMO相关技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2] 彭木根,王文博,等. 下一代宽带无线通信系统OFDM
关键词：正交频分复用；信道估计；导频；最小均方误差法
中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)36-2601-01
The Research on Channel Estimation in OFDM System
LIU Kun-hao, LI Ben-xi
(School of Electronics and Information Engineering,Liaoning Technical University, Huludao 125105,China)
Abstract: OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）system, because of anti-multipath fading and the higher frequency band utilization ratio, has been widely used in many fields. The thesis describes channel estimation technology ,which is one of the key technologies of OFDM system, then introduces OFDM system and the significance of channel estimation. The article sums up the classification of channel estimation, and introduces a variety of channel estimation algorithm.
Key words: OFDM; channel estimation; pilot frequency; MMSE
1 引言
正交频分复用(OFDM)系统可等效为N个独立的并行相互正交的子信道。预先估计N个子信道的频率特性，同时用估计结果来抵消各个子信道衰落的影响，最后可以在接收端获得正确的解调。它具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，适用于高速率和多媒体数据传输，被广泛应用于众多领域，同时被认为是未来第四代移动通信的核心技术之一。OFDM系统的信道估计，就是从接受数据中将假定的各个信道模型的模型参数估计出来的过[1]。
2 OFDM系统介绍
OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当成一种复用技术。OFDM技术的主要思想是：在频域内将传输频带分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。由于各个子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。
3 OFDM信道估计的作用
OFDM信号在衰落信道中传输时，其幅度会发生衰落，相位会发生偏移。在接受端需要有一个包含信道特性的参考信号，才能正确恢复出原来的发送信号。而解决参考信号问题的一种方法就是采用相干检测。相干检测首先需要对参考信号的幅度和相位进行估计，即信道估计，然后用估计得到的信道信息进行均衡，从而消除或减小信道对信号造成的失真。
图2 块状导频下的OFDM符号结构
图2 梳状导频下的OFDM符号结构
块状导频周期性的在时域内插入特定的OFDM符号。这种导频的插入方式适用于慢衰落的无线信道中，即在一个OFDM块中，信道视为准静止。因为这种训练序列包括所有的子载波，不需要在接收端进行频域内的插值，所以这种导频的设计方案对频率选择性不是很敏感。
梳状导频均匀的分布于每个OFDM块中。假设两种导频的导频载荷相同，梳状导频有更高的重传率，因此梳状导频在快衰落信道下估计的效果更好。但是在梳状导频的情况下，非导频子载波上的信道特性只有根据对导频子载波上的信道特性进行插值才能等到，所以这种导频方式对频率选择性衰落比较敏感。为了有效对抗频率选择性衰落，子载波间隔要求比信道的相关带宽小很多。
4.3 盲信道估计
在盲信道估计中，判决信道估计方法，要求导频符号在时间轴和频率轴方向的间隔为2的整数次方。这种估计方法先在频率方向做线性估计，然后利用频率方向的估计结果在时间方向做线性估计。此方法在做信道估计的同时进行衰落补偿，并利用补偿后的数据符号的判决结果继续进行信道估计。此方法具有实现简单的优点。在信噪比低时，由于误判带来的错误扩散，其均方误差较大；当信噪比较高时，这种方法消除了误差的累积。
5 结束语
在慢变化的信道环境中，信道的相关性比较强，LMMSE估计的性能比较好，但是复杂度相对比较高，LS估计性能次之，实现比较简单，判决估计由于存在错误传播的原因性能最差。
在快变的信道环境中，当信噪比逐渐增大时，由于信道的相关性很差，因此LS估计、LMMSE估计的性能变得很差，而判决估计由于具有很强的信道跟踪能力，因此性能优于其他几种算法。
综上所述，系统性能的提高是以系统的复杂度为代价的。因此，在实践中，应该根据实际系统的信道环境来选择适当的方法，从而找到系统的性能和复杂度的平衡点。
参考文献：
[1] 黄韬,袁超伟,杨睿哲,刘鸣. MIMO相关技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2] 彭木根,王文博,等. 下一代宽带无线通信系统OFDM