基于参数化信道近似模型的 MMSE 信道估计算法
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基于参数化信道近似模型的 MMSE 信道估计算法
的改进
余波 北京邮电大学电信工程学院，北京
(100876) E-mail: yuzaiyang1980@163.com
摘 要:针对正交频分复用(OFDM)系统中,由于信道中的多径时延为非整数倍采样间隔而造 成的信道冲击响应(CIR)泄漏会恶化信道估计的性能，本文提出了一种新的改进最小均方误差 (MMSE)信道估计算法。该算法基于分数抽头延时信道近似(FTCA)的参数化信道模型。经 过仿真与分析表明，FTCA 信道模型能够有效地近似实际信道，同时降低信道自相关矩阵的 维数，从而提高信道估计的性能。 关键词:正交频分复用，最小均方误差，分数抽头延时信道近似(FTCA)，信道冲击响应 泄漏
正交频分复用(OFDM)能够有效地对抗符号间干扰，是未来 4G 无线通信的关键技术之 一[1]。OFDM 结合高阶调制技术，如 16-QAM(正交调幅)，不仅可以提供高速率的数据传输， 同时提高了频谱的利用效率。但是，这种
方案
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需要精确的信道估计来完成相干解调。
基于参数化信道模型的信道估计算法[2]-[4]依赖于特定的信道模型，通过估计信道模型 中的某些特定参数来获取信道信息，从而比基于非参数化信道模型的信道估计算法具有更好 的性能[4]。文献[4]中提出了一种基于稀疏多径心到的参数化信道估计算法，算法需要进行 多径时延估计;当信道为时变慢衰落心到时，多径时延估计收敛缓慢;同时，当信道中多径 数目较多时，多径时延估计甚至会出现错误，从而使得算法的应用具有很大的局限性。文献 [3]中提出了一种基于等效离散信道模型的最小均方误差(MMSE)信道估计算法，算法具 有很好的性能，几乎可以达到理想信道估计的性能;同时，算法通过离散信道模型来表示实 际信道，然后再估计离散信道模型中的一些参数来获取实际的信道信息，从而使得算法对实 际信道模型的依赖大为降低，算法可以很好地适用于各种信道环境;然而，由于离散信道模 型中时延抽头较多，因而算法复杂度高。而低秩 MMSE 算法[3]只利用了离散信道模型中信 道能量较大的时延抽头，当系统信噪比(SNR)较小时，算法具有很好的性能;但 SNR 较大时， 算法在非采样间隔信道中性能有限，而且会产生错误
文献[3]中全秩 MMSE 算法复杂度高而低秩 MMSE 算法在 SNR 较大时会产生错误平台， 以文献[4]中基于参数化信道模型的信道估计算法由于多径时延估计而引发的一系列问题， 本文提出了一种新的基于参数化信道近似模型的信道估计算法。该算法基于分数抽头延时信 道近似(FTCA)的参数化信道模型，此信道模型采用一个抽头间隔为分数倍采样间隔的抽头 延时线结构的有限冲击响应(FIR)滤波器表示;然后，在此基础上，提出了一种新的适用于 梳状导频 OFDM 系统的 MMSE 信道估计算法。该算法通过利用 FTCA 信道模型来近似表征 实际信道，然后再估计此信道模型中的一些参数来获取实际的信道信息，从而有效消除了一 般参数化信道估计算法[4]对实际信道模型的依赖，使得算法能够很好地适应于各种信道环 境;同时，FTCA 信道模型中的抽头延时是已知的，从而消除了一般参数化信道估计算法[4] 由于多径时延估计带来的一系列问题;其次，算法利用了 FTCA 信道模型中的所有延时抽头，
从而很好地抑制了低秩 MMSE 算法[3]由于 CIR 泄漏而造成的错误平台问题;另外，相 比较于等效离散信道模型时，FTCA 信道模型中的时延抽头数目大为减少，从而有效降低了
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算法实现的复杂度。仿真与分析表明，FTCA 信道模型能有效地近似实际信道，同时降低信道自相关矩阵的维数，从而提高信道估计的性能。
1. OFDM 系统描述
OFDM 系统的等效离散基带信号模型如图 1 所示。
图 1 OFDM 系统的等效离散基带信号模型。 其中，X(k)是频域发送数据;Y(k)为频域接收数据;h(n)是对实际信道 h(τ)进行频域采样
2 后的信道冲激响应;w(n)是均值为 0 方差为 σ的复加性高斯白噪声(AWGN)。同时，假设 OFDM 系统中子载波数目为 N，循环前缀(CP)的长度为 N，D/A 与 A/D 转换器具有带宽为 g
1/T 的理想低通滤波器，1/T 为奈奎斯特采样频率，T 为采样间隔。此时，在接收端得到信号
Y(k): Y (k ) = X (k )H (k ) +W (k ) k = 0,1,..., N ?1 (1) 其中，W(k)和 H(k)分别表示 w(n)与 h(n)的傅里叶变换，且互不相关。 本文考虑的多径衰落信道[5]表示如下:
L hτ = hδ τ ? τ() ()? i i (2) i1 =
其中，L 为信道中多径数目;τ和 h分别表示第 i 条路径上的时延和复增益。同时，假设 τ i i 1,0，τ(1
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