《電子技術應用》
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一種LTE自適應參數MMSE信道估計算法
2015年電子技術應用第12期
常志偉1,,2,,卜智勇1,,景振海3
1.中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所,,上海200050,; 2.上??萍即髮W 信息學院,上海200031,;3.上海瀚訊無線技術有限公司,,上海200050
摘要: 在工程中,為了達到高速率的數據傳輸和良好的外場接收性能,,LTE系統(tǒng)通常采用最小均方誤差(MMSE)信道估計方法,。針對傳統(tǒng)的MMSE算法對多徑時變信道的適應能力較差,提出了一種自適應參數MMSE信道估計系數調整算法,。通過對信道均方根時延擴展(RMS Delay Spread)和對信噪比的估計,,自適應地調整信道估計參數并生成準最佳的MMSE信道估計系數進行濾波。仿真結果表明,,此算法比固定系數的MMSE信道估計算法有更好的信道估計性能,。
中圖分類號: TN925.9;TN911.23
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2015.12.023

中文引用格式: 常志偉,,卜智勇,,景振海. 一種LTE自適應參數MMSE信道估計算法[J].電子技術應用,2015,,41(12):87-89,,93.
英文引用格式: Chang Zhiwei,Bu Zhiyong,Jing Zhenhai. An adaptive parameters MMSE channel estimation algorithm in LTE[J].Application of Electronic Technique,,2015,,41(12):87-89,93.
An adaptive parameters MMSE channel estimation algorithm in LTE
Chang Zhiwei1,,2,,Bu Zhiyong1,Jing Zhenhai3
1.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,,Chinese Academy of Sciences,,Shanghai 200050,China,; 2.School of Information Science and Technology,,ShangTech University,Shanghai 200031,,China,; 3.Jushri Technologies Inc,Shanghai 200050,,China
Abstract: In order to achieve a high-rate data transmission and good outfield reception performance in engineering project, LTE systems typically use a minimum mean square error(MMSE) channel estimator. Against the poor adaptability of traditional MMSE algorithm for time-varying multipath channel, an adaptive parameter MMSE channel estimation coefficient adjusting algorithm is proposed. This algorithm estimates the channel RMS delay spread (RMS Delay Spread) and SNR and calculates the channel estimation parameters adaptively to generate sub-optimal MMSE channel estimator coefficients. Simulation results show that the algorithm has a better channel estimation performance than the traditional fixed coefficients MMSE channel estimation algorithm.
Key words : minimum mean square error estimation,;adaptive parameters;RMS delay spread,;SNR

    

0 引言

    LTE系統(tǒng)通常采用的信道估計方法有最小二乘(LS)估計,、最小均方誤差(MMSE)估計及其改進算法。文獻[1,,2]分別提出了一種梳狀導頻MMSE準則的信道估計方法和基于低階近似以及SVD分解的OLR-MMSE信道估計算法,,針對不同的應用場景,對計算復雜度和估計性能折中,。文獻[3]研究了門限選擇算法和即時能量算法,,由于這類方法不需要任何的信道統(tǒng)計信息,所以實現簡單,,但對于時變信道或者終端移動速度較快的環(huán)境信道估計性能較差,。在工程中,無線信道具有非常復雜的傳播路徑,,會導致多徑時延的變化很大,。若采用固定的多徑時延擴展,則由此引起的相關函數失配會對信道估計性能造成一定的損失[4],。若能在通信中根據信道條件的變化得到實時的多徑時延擴展的估計,,并因此調整MMSE信道估計參數,則可獲得準最佳的MMSE信道估計性能,?;诖?,本文提出了一種自適應參數MMSE信道估計系數調整算法,該算法通過對信道均方根時延擴展信噪比的估計,,自適應地調整信道估計參數并生成準最佳的MMSE信道估計系數對LS估計的信道響應進行濾波,,較固定系數的MMSE信道估計算法擁有更好的信道估計性能。

1 自適應參數MMSE信道估計系數調整算法

1.1 MMSE信道估計算法

    MMSE信道估計算法原理是求得一個合適的信道沖激響應,,使得通過該信道沖激響應計算出來的接收信號與實際信號誤差的均方和最小[5],。

    一般信道估計的模型可以表示為:

tx5-gs1-6.gif

    由式(5)可以發(fā)現,W與Rhh和SNR有關,,而Rhh又由τRMS決定,,所以經典的MMSE信道估計受到SNR和τRMS的制約,當兩個參數和實際信道失配時,,性能會急劇惡化,。

1.2 自適應參數MMSE信道估計系數調整算法

    從上面MMSE信道估計算法可以看出W由τRMS和SNR求出,故τRMS和SNR共同決定了MMSE系數,?;诖耍疚奶岢龅淖赃m應參數MMSE信道估計系數調整算法原理如下:

    由RMS估計模塊計算出均方根時延擴展τRMS,,再由SNR估計模塊計算出信噪比估計值SNR,,根據SNR和τRMS查MMSE系數庫得到最匹配參數的MMSE系數,再由式(3)對LS信道估計進行MMSE濾波,,得到MMSE信道估計hmmse,。

    自適應參數的信道估計工作過程如圖1所示。

tx5-t1.gif

1.2.1 RMS估計模塊

    首先利用導頻,,根據式(2)計算LS信道估計,,然后計算頻域LS信道估計的自相關函數,,確定自相關函數3 dB帶寬即相關帶寬Bc,,知道相關帶寬Bc后,可以近似認為均方根時延擴展τRMS≈1/(5Bc)[8],。 

1.2.2 SNR估計模塊

    計算得到信噪比估計值,。

    假設在第m個OFDM符號上的第k個子載波上收到信號表示為:

tx5-gs7.gif

    由于以下步驟針對每一個子載波k都做處理,所以以下式子省略了下標k,。且導頻符號位置記為3和10(上行LTE導頻符號位置),。

tx5-1.2.3-s1.gif

    該方法可以變換成對于每一個符號中的子載波之間做差值的二階矩處理,從而僅利用一個參考符號就可以估計出噪聲方差,。

1.2.3 MMSE系數庫的建立和系數選取模塊

    因為實時在線計算系數需要進行矩陣求逆計算,,這樣會消耗很長的時間且計算復雜。工程中,,為了避免實時矩陣求逆,,需要尋求速度和性能的折中,,故本算法采用事先建立系數庫,然后進行系數選取的方法,。

    (1)MMSE系數庫的建立

    通過對3GPP信道模型的計算,,發(fā)現典型的均方根時延擴展值如下:

    ①城市區(qū)域:τtype的值:5e-7、1e-6

    ②農村區(qū)域:τtype的值:1.2e-7

    ③山區(qū)區(qū)域:τtype的值:4e-6

    綜上所述τtype的集合為:τtype=[1.2e-7 5e-7 1e-6 4e-6]這4個值,。通過這4個典型值結合信噪比集合ρtype=[-10 20]生成8個典型MMSE濾波器系數作為MMSE系數庫,。

    (2)MMSE系數選取

    ①通過RMS估計模塊得到τRMS,通過SNR估計模塊得到SNR,。

    ②求系數庫中自適應參數的位置參數:

    tx5-gs8.gif

    ③由(i,,j)opt選取對應的MMSE系數。

2 性能仿真

2.1 采用的3GPP典型信道系數

    典型城市區(qū)域信道模型,,這里叫做Channel Model 0,;典型農村區(qū)域信道模型,這里叫做Channel Model 1,;典型山區(qū)區(qū)域信道模型,,這里叫做Channel Model 2。

    采用MATLAB庫函數stdchan()產生上述三種類型的信道衰落系數,。

2.2 仿真性能度量準則

    采用歸一化最小均方誤差(NMSE)作為估計精度的度量準則:

    tx5-gs9.gif

    其中,,hmmse表示MMSE信道估計值,h表示真實的信道頻率響應,。

    在圖 2中遍歷不同τRMS的情況下,,得到NMSE曲線在τRMS≈2e-7時達到最小,性能達到最佳,,此時的τRMS可以認為是真實值τactual,。而采用自適應參數的信道估計方法計算NMSE,此時τRMS≈3e-7,,得到的NMSE非常接近真實值τactual,,之間的差距約為2 dB。若選擇的τRMS<<τactual,,NMSE 將急劇惡化,,NMSE的最大差距可為16 dB;若選擇的τRMS>>τactual,,則NMSE也將惡化,,NMSE的最大差距可為10 dB。

tx5-t2.gif

    在圖3中遍歷不同τRMS的情況下,,得到NMSE曲線在τRMS≈3.8e-7達到最小,,性能達到最佳,此時的τRMS可以認為是真實值τactual,。采用自適應參數的信道估計方法計算NMSE,,此時τRMS≈2.8e-7,,得到的NMSE非常接近真實值τactual,之間的差距約為0.3 dB,。

tx5-t3.gif

    圖4和圖5中自適應參數估計的NMSE和真實NMSE差值均僅為0.3 dB,。

tx5-t4.gif

tx5-t5.gif

3 結束語

    本文在已有LTE MMSE信道估計算法的基礎上,提出了一種自適應參數的系數調整信道估計算法,。仿真結果證實了該算法較固定系數的信道估計算法擁有更好的信道估計性能,,采用該方案信道估計的性能比采用固定系數的至少提高3 dB甚至多達10 dB以上。該算法簡單可行,,適用于工程應用,。

參考文獻

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