MMSE信道估计
其中w是待确定的权重系数矩阵,因此这些权重系数是估计的。LMMSE估计的准则函数如下:
求W的偏导数,使之等于0。利用正交性原理,我们可以得到:
也就是
因此g的最小均方误差为
最后,H的估计值为
下图是信道估计技术和均衡技术在EVA信道条件下的性能比较,其中调制方式为16-QAM,编码速率为1/2 Turbo码。
从图中可以看出,在多径信道条件下,LMMSE信道估计的性能明显优于LS信道估计。也可以看出,在低信噪比的情况下,性能并没有得到很大的提升,噪声的影响是主要因素。在AWGN信道条件下,由于Turbo码的存在,在信噪比为12dB的情况下,LS信道估计的性能没有误码率。此时,两个信道估计的曲线差别不大。所以在本系统的信道条件下(信道条件为室内信道,信噪比在14dB以上),ls信道估计就足够了。另外,由于天线之间没有干扰,MMSE均衡和ZF均衡的性能曲线几乎重合。
考虑到可能的定时误差,会导致相位偏移,相位偏移是k的线性函数,当使用跟踪导频进行信道估计时,忽略相位噪声的影响,使用线性插值时,可以准确估计出所有的相位偏移。这时,线性插值在频域中是最合适的。在室内信道条件下,可以保证信噪比大于14dB,信道编码可以完全解码,因此频域的信道估计方法采用LS算法。
在白高斯信道条件下,如果没有定时误差,估计的信道响应应该在实部近似平坦,在虚部为零。如果存在定时误差,估计的信道将具有一定的相位偏差。下图显示了两种情况下的信道估计结果。
上图是信道估计值的星座图,下图是时域图。在时域图中,上图是频域插值后的信道估计值的实部,下图是虚部。前600个子载波为正频率,后600个子载波为负频率。第一张图是定时准确的情况,可见信道估计值中仍然存在相位噪声;第二张图,时间点有误差。此时,引入的相位偏差将叠加在相位噪声上。如果定时偏差小于3个样本,则相位偏差将小于2pi,而这张图片的定时偏差正好是3个样本。
实际信道是室内信道,信道在时域上变化缓慢,所以可以用最近邻插值法估计其他未插入导频的符号。此时,认为一个时隙中的信道响应近似不变。
因此,信道估计算法在频域采用线性插值,在时域采用相邻插值。位于天线端口2上的导频中没有插入导频信息,因此这个特性可以用来估计信噪比,即每个时隙的第六个符号上的导频用来计算信号功率,第七个符号上的导频用来计算噪声功率。
考虑到一定相位噪声的存在,每个符号的星座都有一定的相位偏差,其中一个主要的相位噪声就是残留频偏的影响。假设频偏补偿后的剩余频偏为F,通过使用上述时域信道插值方法,将这些频偏累加到一个时隙。假设最后的残留频率偏移是f_delta,则一个时隙中每个符号的残留相位偏移是
由于时域的信道估计是通过直接扩展得到的,所以由于时间的积累,残余相位偏移会增大。累积间隔是一个OFDM符号长度(加上CP)。整个下行子帧中所有OFDM符号的相位偏移如下图所示:
每个OFDM符号经历相同的相位偏转。频偏补偿效果理想的残余频偏为10Hz时,最大相位偏移约为0.01pi。实际信道的下一个时隙中每个符号的星座相位偏移如下。