一种低复杂度的LTE信道估计的算法
曾召华，周文源
【摘 要】【摘 要】信道估计是MIMO-OFDM系统中的关键技术，传统信道估计的复杂度因太高而不易实现，针对该问题，提出了一种基于K-L变换(Karhuen-Loeve)的LMMSE信道估计算法，通过对信道冲激响应矩阵进行等价变形，避免了原算法中矩阵求逆的过程。而且对K-L展开后形成的特征值进行处理，使得计算复杂度得到很大程度的改善。仿真结果表明，所提改进算法不仅具有较低复杂度，而且具有良好的信道估计性能。 【期刊名称】电视技术 【年(卷),期】2014(038)023 【总页数】4
【关键词】【关键词】MIMO-OFDM;信道估计;K-L变换 【
文
献
来
源
】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_video-
engineering_thesis/0201233817836.html
正交频分复用(OFDM)技术由于其高效的频谱资源利用率和快速的传输速率，得到广泛的应用。为了得到更高的传输速率和频谱利用率，又提出了多输入多输出(MIMO)技术，MIMO技术通过在发送接收端配置多根天线，从而提供了在有限带宽内获得很高数据传输速率的可能性，在不降低相关功率有效性的基础上获得更高带宽利用率。因此，在3GPP-LTE中将MIMO和OFDM技术结合起来形成MIMO-OFDM技术，得到了广泛的关注［1-2］。
MIMO-OFDM技术在LTE中的广泛应用和良好性能，使得信道估计更加关键。信道估计方法有很多，从确定性和统计性观点得到的线性估计方法包括最小二
乘法(Least Squares，LS)［3］、正规化最小二乘法(Regularized LS，RLS)、线性最小均方误差法(Minimum Mean-Squared Error，LMMSE)［4］等。LS估计相对简单但是受噪声影响较大，LMMSE估计属于统计估计，与确定性LS估计相比，统计性估计通常具有良好的性能。然而，二阶统计会随不同的传播条件而变化，因此需要定期更新，统计估计需要额外的估计二阶统计和计算滤波器系数，从而复杂度较高。针对这一问题，本文提出一种降低LMMSE复杂度的算法，通过K-L(Karhuen-Loeve)正交基数展开的方法，对信道冲激响应做近似替换，避免了LMMSE中自相关矩阵的求逆过程。仿真过程中，对比了LS信道估计算法和LMMSE估计算法与改进后算法的性能。
1 系统模型
MIMO系统采用空间信道模型(Spatial Channel Model，SCM)［5］。SCM是有3GPP联合3GPP2开发的一个基于几何学的空间信道模型。在空间相关模型中，为了LTE性能评价，一般使用Kronecker模型［6］，这种基于相关性的分析模型广泛用于MIMO系统的理论分析，其结果也被实验验证。
图1所示为MIMO-OFDM系统模型，假设系统有Nt根发射天线和Nr根接收天线。在发送端，定义了频域上传输的信号。串/并(S/P)转换器将串行数据符号转化为M维数据块Sk=［sk［0］，sk［1］，…，sk［M-1］］T，下标k是OFDM符号序号(范围为M个子载波)。M路并行数据流首先被独立调制，形成复向量Xk=［xk［0］，xk［1］，…，xk［M-1］］T。原则上每个子载波可用不同的调制方式，这是由于信道的频率选择性，子载波间的信道增益不同，因此某些子载波传输的数据速率可比其他高。数据符号向量XK通过IFFT运算得到一组N个复时域采样点xk=［xk［0］，xk［1］，…xk［M-1］］T。在实际
OFDM系统中，进行处理的子载波数要远大于被调制的子载波数(即N≥M)，未调制的子载波填充零。生成OFDM信号的下一步重要操作是在每个OFDM符号的起始位置插入保护域，可以消除多经传播引起ISI的残余影响。保护域是在符号的起始处加上CP(循环前缀)得到的，复制IFFT输出信号的最后G个采样点并把它们附加到 xk的起始处从而形成 CP。得到时域OFDM符号xk=［xk［N-G］，…，xk［N-1］，xk［0］，…，xk［N-1］］T。因此可知MIMO-OFDM系统全部的发射天线和接收天线相对应的信道脉冲响应为 则信道频率响应为
在Kronecker模型中，发送天线和接收天线的空间相关性定义为，其中则空间信道频域相关矩阵可表示为
由以上推导可知，全部接收端接收的信号可表示为 式中:是均值为零方差为的高斯白噪声。
2 信道估计算法
通常导频主要有块状插入和散布式插入。鉴于无线信道在时间和频率上的可变性，大多数情况下采用散步时插入方式。更简单的方法就是直接估计信道频域响应，这种方法需要在OFDM时域格中以一定间隔插入已知的参考符号，也叫导频符号［7］。利用导频符号的信息，接收机可以估计出导频符号位置附近的频域信道。参考符号在时域和频域上都应该有足够高的密度，这样即使在较高时域选择性信道下，也能提供整个视频格的估计值。本文中采用的是散布式的导频信号来进行信道估计。为了使发送信号中包含导频符号，仅关注欠采样信号模型，假定Kp个导频符号均匀地插于发送天线OFDM符号已知的位置中。则含有导频符号的接收信号可改写为
一种低复杂度的LTE信道估计的算法
