信道估计- MATLAB和Simulink - MathWo金宝apprks意大利 - 金宝app,下载188bet金宝搏,金宝搏官方网站

信道估计

LTE Toolbox™产品使用正交频分复用(OFDM)作为其数字多载波调制方案。信道估计是OFDM系统的重要组成部分。用于提高正交频分多址(OFDMA)系统的容量，提高系统误码率方面的性能。

为了便于估计信道特性，LTE使用在时间和频率上同时插入的特定于小区的参考信号(导频符号)。这些导频符号提供了一个子帧内给定位置的信道估计。通过插值，可以估计任意数目的子帧之间的信道。

信道估计概述

LTE中的导频符号根据eNodeB单元识别号和正在使用的发射天线在子帧内分配位置，如下图所示。

导频器的独特定位确保它们不会相互干扰，并可用于对传播信道在传输网格内赋予每个资源单元的复杂增益提供可靠的估计。

发送和接收链以及传播通道模型都显示在下面的框图中。

填充的资源网格表示包含数据的几个子帧。然后，该网格被OFDM调制并通过传播信道的模型。信道噪声以加性高斯白噪声(AWGN)的形式在信号进入接收机之前添加。一旦进入接收机信号是OFDM解调和接收资源网格可以构建。接收资源网格包含了受复杂信道增益和信道噪声影响的发射资源单元。利用已知导频符号估计信道，可以均衡信道的影响，降低接收资源网格的噪声。

LTE在一个子帧内为每个天线端口分配一组唯一的位置来映射参考信号。由于没有其他天线在这些位置按时间和频率传输数据，因此可以对多天线配置进行信道估计。信道估计算法从接收网格中提取发射/接收天线对的参考信号。在导频符号处信道频率响应的最小二乘估计的计算方法如中所述OFDM系统中的信道估计[２]．然后对最小二乘估计进行平均，以减少来自导频符号的任何不必要的噪声。由于在子帧边缘附近可能没有导频，因此创建虚拟导频符号来辅助子帧边缘附近的插补过程。使用平均导频符号估计和计算出的虚拟导频符号，然后进行插值来估计整个子帧。这个过程如下面的框图所示。

获取先导评估子系统

确定最小二乘估计的第一步是从接收的子帧内的已知位置提取导频符号。由于这些导频符号的值是已知的，因此可以使用最小二乘估计来确定这些位置的信道响应。最小二乘估计是通过将接收的导频符号除以它们的期望值得到的。

$Y （ k ）＝ H （ k ） X （ k ） + n o 我年代 e$

地点:

$Y （ k ）$ 接收的复杂符号值。
$X （ k ）$ 是一个传输的复杂符号值。
$H （ k ）$ 是符号所经历的复杂信道增益。

可以发送已知导频符号来估计子帧内REs子集的信道。特别是if导频符号 $X_{P} （ k ）$ 发送一个RE，瞬时信道估计 ${\tilde{H}}_{P} （ k ）$ 的RE可以用以下方法计算:

${\tilde{H}}_{P} （ k ）＝ \frac{Y_{P} （ k ）}{X_{P} （ k ）} ＝ H_{P} （ k ） + n o 我年代 e$

地点:

$Y_{P} （ k ）$ 表示接收到的导频符号值。
$X_{P} （ k ）$ 表示已知传输的导频符号值。
${\tilde{H}}_{P} （ k ）$ 为导频符号所占RE的真实信道响应。

导平均子系统

为了最小化噪声对信道估计的影响，使用平均窗口对最小二乘估计进行平均。这种简单的方法可以大大降低导频res上的噪声水平。以下两种导频符号平均方法是可用的。

“TestEVM”-遵循TS 36.141描述的方法[1]，附件F.3.4。
“UserDefined”-允许您定义窗口大小和用于导频符号的平均方向，以及用于插值的其他设置。

`“TestEVM”`

第一种方法，“TestEVM”，使用TS 36.141中描述的方法[1]，附件F.3.4。在包含导频符号的每个子载波上执行时间平均，从而得到包含携带参考信号的每个子载波的平均幅度和相位的列向量。

然后使用最大大小为19的移动窗口对导频符号子载波的平均值进行频率平均。

请注意

当使用“TestEVM”导频符号平均，没有用户自定义参数和控制信道估计参数是不可能的。使用TS 36.141中描述的方法进行估计[1]．除了在10个子帧上求平均值并不是严格要求的。的lteDLChannelEstimate函数对输入中包含的子帧数求平均值rxgrid．子帧的数目越大rxgrid，则噪声在时间方向上的平均效果越好。

`“UserDefined”`

第二种导频符号平均法，“UserDefined”，允许用户定义平均窗口的大小，将在哪个方向上进行平均(时间，频率或两者)，以及可以调整插值的某些方面以适应可用数据。有关更多信息，请参见插值子系统．

平均窗口大小是根据资源元素定义的。位于窗口内的任何导频符号都用于对窗口中心的导频符号的值求平均值。窗口大小必须是奇数，以确保在中心有一个飞行员。

请注意

在导频符号位置平均信道估计是一个简单而强大的工具，但必须仔细选择窗口大小。在快速衰落信道上使用较大的窗口尺寸不仅会平均掉噪声，还会平均掉信道特性。在有少量噪声的系统上执行过多的平均会对信道估计的质量产生不利影响。因此，对快速变化的信道使用大的平均窗口可能会导致信道估计出现平坦，从而导致信道估计较差并影响均衡的质量。

创建虚拟飞行员子系统

在许多情况下，资源网格的边不包含任何导频符号。这种效果显示在下图的资源网格中。

在这种情况下，边缘的信道估计不能从导频符号内插。为了克服这个问题，创建了虚拟导频符号。这个函数lteDLChannelEstimate在接收网格的所有边缘上创建虚拟导频符号，以允许立方插值。

虚拟飞行员实习

虚拟导频符号创建如下图所示。

在该系统中，资源网格被扩展，在遵循原始参考信号模式的位置上创建虚拟导频符号。虚拟导频符号的存在使得资源元素处的信道估计可以通过原始导频符号和虚拟导频符号进行插值计算。

计算虚拟导频符号值

虚拟导频符号是用原始导频符号来计算的。对于每个虚拟导频符号，值按照以下步骤计算:

选取时间和频率上欧几里得距离最接近的10个普通导频。搜索被优化为考虑10名飞行员，而不是检查所有可能的飞行员。基于单元RS的可能配置，使用10个导频为虚拟导频计算提供了足够的时间和频率分集。
使用这10个导频符号，选择最接近的3个导频符号。这三个符号必须占用至少两个唯一的子载波和两个唯一的OFDM符号。
使用这三个导频的集合，可以创建两个向量。距离最近和最远的导频符号之间有一个向量，距离第二近和最远的导频符号之间有一个向量。
计算这两个向量的叉乘，得到这三个点所在的平面。
该平面扩展到虚拟飞行员的位置，以基于一个实际飞行员值计算该值。

这张图显示了虚拟导频计算。

请注意

虚拟引航员仅为MATLAB创建^®“线性”而且“立方”插值方法。

插值子系统

一旦噪声已经从最小二乘导频符号平均值中减少或去除，并且已经确定了足够的虚拟导频，就可以使用插值来估计来自信道估计网格的缺失值。的lteDLChannelEstimate函数有两种导频符号平均方法，“TestEVM”而且“UserDefined”．导频符号平均方法还定义了为获得信道估计而执行的插值方法。

的“TestEVM”TS 36.141中描述的先导平均方法[1]，附件F.3.4要求在时间平均和频率平均列向量上使用简单线性插值。插值是一维的，因为它只估计列向量中平均导频符号子载波之间的值。然后复制得到的向量，并将其用作整个资源网格的信道估计。

的“UserDefined”导频平均法通过二维插值来估计可用导频符号之间的信道响应。插值窗口用于指定使用哪些数据来执行插值。的InterpWindow字段定义可用数据的因果性质。有效的设置cec．InterpWindow是“因果”，非因果的,或“中心”．

使用InterpWindow设置:

“因果”当使用过去数据时。
非因果的当使用未来数据时。恰恰相反“因果”．仅依赖未来数据通常被称为反因果插值方法。
“中心”或“中心”结合使用过去、现在和未来的数据时。

这个插值窗口的大小也可以调整，以适应可用的数据。要指定此窗口大小，请设置InterpWinSize字段。

噪声估计

某些接收机的性能可以通过了解所接收信号上存在的噪声功率而得到改善。这个函数lteDLChannelEstimate利用已知参考信号位置的估计信道响应，提供噪声功率谱密度的估计。通过分析噪声最小二乘估计和噪声平均估计，可以确定噪声功率。

噪声最小二乘估计获取先导评估子系统以及噪声平均导频符号的估计导平均子系统提供信道噪声的指示。最小二乘估计和平均估计包含相同的数据，除了附加噪声。简单地取两个估计值之间的差就会得到导频符号位置最小二乘信道估计值的噪声级值。再考虑,

${\tilde{H}}_{P} （ k ）＝ \frac{Y_{P} （ k ）}{X_{P} （ k ）} ＝ H_{P} （ k ） + n o 我年代 e$

平均平滑窗口内的瞬时信道估计，我们有

${\tilde{H}}_{P}^{一个 V G} （ k ）＝ \frac{1}{| 年代 |} \sum_{米 \in 年代} {\tilde{H}}_{P} （米） \approx H_{P} （ k ）$

在哪里年代导频器的集合在平滑窗口和|的|飞行员的数量在吗年代．因此，在特定导频RE处的噪声估计可以使用以下方法形成:

$\tilde{n o 我年代 e} ＝ {\tilde{H}}_{P} （米） - {\tilde{H}}_{P}^{一个 V G} （ k ）$

在实践中，用平均法去除所有的噪声是不可能的。因为只能降低噪声，所以只能估计噪声功率。

请注意

在无噪声系统或具有高信噪比的系统的情况下，平均可能会对最小二乘估计的质量产生不利影响。

利用导频符号位置的信道响应中的噪声功率值，可以通过计算得到的噪声矢量的方差来计算每个资源元素的噪声功率(RE)。计算并存储每个发射和接收天线对的每RE的噪声功率。该矩阵的平均值返回为每RE的噪声功率估计值。

有关如何设置用于信道估计的完整发送和接收链的演示，请参见传输分集吞吐量仿真．在本例中，使用了多个天线，并通过传播信道模型模拟传输。

参考文献

[1] 3gpp ts 36.141。“改进通用地面无线电接入(E-UTRA);基站(BS)一致性测试。”第三代伙伴计划;技术规范集团无线接入网．URL:https://www.3gpp.org．

[2] Van de Beek, j - j。，O. Edfors, M. Sandell, S. K. Wilson, and P. O. Borjesson. “On Channel Estimation in OFDM Systems." Vehicular Technology Conference, IEEE 45th, Volume 2, IEEE, 1995.