4.4.5 信道均衡（一）

4.4.5 信道均衡（一）

一、为什么要信道均衡？

    数字信号在实际信道上传输时，由于信道传输特性不理想以及信道噪声的影响，接收端接收到的信号不可避免地发生错误。为了恢复发送的数据信息，接收端需要估计出信道的特性，并对接收到的数据进行校正。

 

---

二、信道均衡的常用方法

    一般来说有二种方法：差分检测和相干检测。

• 差分检测：比较相邻两个信号的相位和幅度的差值；

• 相干检测：通过信道估计得到OFDM符号子载波的绝对参考相位和幅度。

    相比较而言，差分检测不需要信道估计，降低接收机的复杂度，但是一般会导致3db的信噪比损失。对于要求更高的传输速率和频谱效率的OFDM系统，相干检测则更合适，即通过信道估计的方法来跟踪信道响应的变化。

    信道估计的目的就是估计出信道的时域或频域响应，对接收到的数据进行校正和恢复，以获得相干检测的性能增益（3db）。信道的最大多径时延、用户的移动速度（或最大多普勒频移）、接收机的噪声都是影响信道估计算法性能的重要因素。

 

 

---

三、信道估计分析

    时变信道的冲击响应通常表示为离散的FIR滤波器：（具体的数学算式可以查看原书）

    在WLAN应用中，可以认为信道在一个数据分组中保持不变，所以关于时间的相关项可去除：

     则信道的离散时间频率响应为：

 

    根据处理域的不同，信道估计有时域和频域之分，也有将二者结合处理的。对于OFDM系统，信道估计的一种简便高效的方法是估算信道的频率响应，即对每一个子载波信道频率响应进行估算。

 

信道估计时域和频域方法的分析：

    时域方法的优点是当冲击响应的最大长度限制到明显少于子载波数目时，性能会有所改善。这是因为频域估算必须同时对所有子载波进行估算，而时域估算则只需要估算冲击响应的几拍。

    时域方法的缺点就是需要较大的计算量，需要多次乘法运算，而频域上根本不需要。

    书中选用的是频域方法的信道估计。

 

---

四、频域上信道估计与均衡设计

    IEEE 802.11a 无线局域网只要应用在室内，其无线传输信道的特征体现在多径较丰富，多径时延较小，具有很少的多普勒扩展、较大的相干时间，即其信道可以看成是一个慢衰落信道。

    如果发送的数据帧不长的情况下，可以假设在一帧内信道保持不变。因此，设计上可以利用其前导结构中的二个长训练符号完成该帧中所有后续子载波信道频率响应简单有效的估算。

（也就是用长训练符号的信道估算去均衡其后的子载波信道频率响应）

 

    二个长训练符号一样，可以取二者的平均以改进信道估计的质量，这是因为二个统计独立的噪声取样之和除2之后，其变化量相当于单个噪声取样变化量的一半。

    由上分析，基于长训练符号的频域信道估计和均衡方法如下：

     化简之后的算式：

 

    因为E只是改变了数据在星座图上的大小位置，可以在后面解调部分做判断阈值使用，这里就不做除法了。

 

 

---

五、硬件实现

    频域上信道估计和均衡模块的硬件结构可分为：长训练符号提取、能量计算、信道估算和信道补偿四个部分。

    整理的结构图如下：

 

 

 

估算和均衡步骤：

1. 通过判断输入OFDM符号的Symbol序号将二个长训练符号提取出来并求平均；

2. 平均值送入能量计算模块和信道估算模块，能量计算模块负责估算由信道引起的幅值变化E；

3. 信道估算模块则将接收的长训练符号和本地长训练符号取样进行相关处理，得到信道估算值，并计算其共轭；

4. 最后信道均衡模块对数据分组进行信道补偿。