OFDM系統(tǒng)中基于面向判決的信道估計研究.pdf

1、正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）系統(tǒng)在對抗多徑效應時具有較高的可靠性，這使得OFDM在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，例如基于長期演進（Long Term Evolution，LTE）的第四代移動通信中正是采用了OFDM作為物理層的關鍵技術。在OFDM系統(tǒng)中，頻率選擇性信道被轉換為一組并行的頻率平坦信道，這組頻率平坦信道的信道響可以用一組具有單抽頭系數(shù)的均

2、衡器來補償。這使得OFDM系統(tǒng)可以極大的簡化均衡器設計同時維持較高的數(shù)據(jù)速率。正因如此，OFDM已經(jīng)在許多商業(yè)無線系統(tǒng)中被看作是一種標準的物理層技術。
　　為了進行相干解調(diào)，信道估計是OFDM接收機中必不可少的一個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的信道估計技術采用基于導頻符號(Pilot)的方式進行。為了改進信道估計質(zhì)量，可以采用面向判決(Decision-Directed，DD)技術，將判決后的數(shù)據(jù)符號反饋給信道估計器。假設判決結果是正確無誤的，這相

3、當于提高了導頻符號的密度，從而改善信道估計的性能。傳統(tǒng)的面向判決信道估計只能得到數(shù)據(jù)符號的硬判決結果，這種情況下的反饋方式也是唯一的，即將硬判決結果直接反饋給信道估計器。隨著Turbo接收機技術的采用，軟判決方式得到了廣泛應用并顯著改善了接收機的性能。軟判決方式并不給出單一的判決結果，而是在獲得接收信號的條件下，給出星座圖中每個星座點的后驗概率（A-posteriori Probability, AP）。相應地，在進行面向判決的信道估計

4、時，信道估計器從判決器獲得的也不再是硬判決結果，而是每個星座點的后驗概率。與基于硬判決的面向判決不同，由于同時擁有每個星座點的出現(xiàn)概率，信道估計器可以有多種方法來利用這些后驗概率進行面向判決的信道估計。因此，反饋的方式不再唯一，而是有多種可能性。所以，需要研究最優(yōu)的反饋方式以達到最佳的信道估計性能，也就是說，需要解決軟判決方式下信道估計的最優(yōu)面向判決問題。
　　在一般的中低速移動場景下，信道在一個OFDM符號內(nèi)產(chǎn)生的變化通?？梢院?/p>

5、略，因此，傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中通常假設信道在一個OFDM符號持續(xù)時間內(nèi)不會發(fā)生改變。然而，隨著終端移動性提高，多普勒頻移也相應增加。在這種情況下，信道變化十分快速，在一個OFDM符號內(nèi)隨時間的變化已經(jīng)較為明顯。若仍然假設信道在一個OFDM符號內(nèi)不變，會帶來較大的估計誤差。因此，為了改進快變信道條件下信道參數(shù)的估計性能，需要將信道在一個OFDM符號內(nèi)的變化考慮進去。傳統(tǒng)的信道估計技術并不適用于這種情況，所以，需要研究快速時變信道條件下的信

6、道估計問題。
　　提出了一種基于最大后驗概率準則(Maximum A-posteriori Probability，MAP)的迭代信道估計技術，用以解決單發(fā)送天線、單個OFDM符號系統(tǒng)中的最優(yōu)面向判決問題。所得到的結果表明，應該采用調(diào)和平均的方法來構造信道估計時所用到的軟數(shù)據(jù)符號。雖然基于MAP準則得到的方程沒有解析解，但可以通過不動點迭代（Fixed Point Iteration，F(xiàn)PI）的方法迭代求解。進一步發(fā)現(xiàn)所提出的基于

7、不動點迭代的MAP估計與期望-最大(Expection-Maximization，EM)算法具有緊密的聯(lián)系。這種聯(lián)系可以用來證明所提出的迭代信道估計算法的單調(diào)收斂特性。同時，還證明了所提出的方法在大信噪比(Signal-to-noise ratio，SNR)條件下具有單步收斂特性。仿真結果表明，所提出的算法在大信噪比條件下可以達到Bayesian Cramér-Rao界(CRB)。
　　將基于MAP準則的迭代信道估計技術一般化，解

8、決了多發(fā)送天線、多OFDM符號系統(tǒng)中的最優(yōu)面向判決信道估計問題。有多根發(fā)送天線時，期望發(fā)送天線上應該采用調(diào)和平均的方式來構造軟數(shù)據(jù)符號，而干擾發(fā)送天線上則應該采用算術平均的方式來構造軟數(shù)據(jù)符號。同時，當考慮到時域上連續(xù)的多個OFDM符號后，信道參數(shù)在多個OFDM符號間的時變特性以及相關性也可以用來改進信道估計的性能。與單發(fā)送天線、單OFDM符號的情況類似，所提出的迭代信道估計算法是基于MAP準則推導得到的，并應用不動點迭代的方法來迭代求

9、解。所提出的方法同樣可以保證收斂特性，同時，當信噪比足夠大時，該算法仍然具有一步收斂特性。
　　研究了快速時變信道條件下OFDM系統(tǒng)中的信道估計技術。時變信道可以采用基展開模型(Basis Expansion Model，BEM)的方法來表示。對于BEM模型，基函數(shù)是已知的，只需要估計BEM模型的展開系數(shù)。本文中，考慮了連續(xù)的OFDM符號間的BEM模型系數(shù)的相關性，并基于最小均方誤差準則(MinimumMeans-Square-E