[发明专利]OFDM系统中基于最小均方误差的一种信道估计改进算法

说明书

本发明涉及OFDM系统中基于最小均方误差的一种信道估计改进算法。该算法构造一种新的OFDM导频结构，根据导频结构将一个OFDM符号分为两部分，并先后完成MMSE信道估计处理，固定了导频间隔且降低了矩阵的维度，从而减少了MMSE算法的计算复杂度。另外，在发送端对时域信号进行2倍过采样处理，接收端运用最大比合并方式将接收信号进行降采样处理，从而使原始信号被更好的恢复。最后利用已知训练序列和导频获得信道频域响应。仿真结果表明：所提出的8导频A‑MMSE算法在BER为10^‑3时，比802.11n标准中4导频MMSE算法的信噪比改善了约8dB。因而所提出的信道估计算法能改善系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信传输领域，涉及OFDM技术中信道估计的设计方法。该方法主要是基于MMSE算法与过采样技术的信道估计设计方案。

背景技术

OFDM技术是一种多载波调制技术，具有高频谱利用率，抗符号间干扰(intersymbol interference,ISI)能力强，传输速率快等诸多优点。因此，OFDM作为一种传输速率快，可靠性高的技术得到了越来越广泛的应用。然而，信道状态信息(Channel StateInformation,CSI)的估计精度不准确一直被认为是OFDM技术最主要的一个缺点。由于移动台的运动和接收端所处的环境不可预知，CSI是未知的并随时间变化，CSI估计不准确将严重影响OFDM技术的误比特率性能。为减少CSI估计的均方误差，可通过信道估计获得对传输信道高精度的CSI估计。信道估计一直是OFDM技术的研究热点，它是进行相关检测、解调和均衡的基础。信道估计技术可分为数据辅助估计与非数据辅助估计。其中数据辅助估计具有计算复杂度低、收敛速度快等优点。目前国内外的专家学者已提出诸多数据辅助信道估计设计方案，如最小二乘法(Least squares,LS)信道估计、MMSE信道估计、压缩感知(Compressed Sensing,CS)信道估计等设计方案。在目前的设计方案中，误比特率性能的提升伴随着算法计算复杂度的增加，从而增加了硬件实现难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种既可以提升误比特率性能又可以兼顾较低计算复杂度的信道估计设计方案。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

(1).构造一种新的OFDM导频结构

在802.11n OFDM数据帧符号中，原本只有4个导频子载波，分别是{-21,-7,-7,21}号子载波。原始的导频插入方式是一种典型的梳妆导频结构，系统能较好的抵抗快时变衰落信道。但由于导频数量较少，造成导频过于稀疏，系统将对频率选择性衰落信道过于敏感。为此，本发明构造了一种改进的OFDM数据帧导频结构，称为8导频结构。改进后的导频位置为{-28,-21,-14,-7,7,14,21,28}，新的导频结构将导频间隔缩小为7。本发明将OFDM符号中的64个子载波分成了两个部分来完成信道估计。子载波{-32-31,…,-1}为第一部分，子载波{0,1,…,31}为第二部分。将两部分先后进行MMSE操作，从而完成分步处理过程。

(2).发送端对信号进行2倍过采样

在发送端经载波映射后可得到的OFDM符号的64个频域信号X。通过逆快速傅里叶变换调制到64个正交的子载波上，得到发送端的时域信号为：

其中，N为子载波数量，值为64；F₀为子载波间隔，值为312.5KHz；T₀为一个OFDM符号的周期；原始的采样时间为T_s＝1/F₀。当信号按照奈奎斯特采样率进行采样时，得到的信号为：

加入循环前缀后(Cyclic Prefix,CP)，x_k(n)变为：