一种MIMO-OFDM视频传输系统信道估计的实现

正交频分复用(OFDM)系统因为其频谱利用率高、多径传输性能好的优点，得到了研究者们的极大关注。结合多输入多输出(MIMO)技术的OFDM系统更是以其传输可靠性高，速度快，已经成为了第四代无线通信技术的关键。为了支持基于MIMO-OFDM的高清视频双向传输系统进行无线传输，需要在接收链路中设计一种信道估计方案来对抗多径传输带来的频率选择性衰落。本文提出了一种基于参考信号的信道估计的FPGA实现方案。该方案采用最小二乘算法(LS)在频域进行参考信号位置信道估计，通过时域频域二维线性插值算法得到用户数据位置信道参数，并利用二叉树流水线技术及AXI-Steam总线协议进行模块化设计，结构优化。经测试，该方案占用FPGA资源少，并且能够在实验室环境下有效抵抗信道衰落。

信道估计是OFDM 中的关键技术，其目的是给出接收端进行的信道均衡、信号检测、信道质量测量和软译码等处理时所需要的信道参数，其性能直接关系到整个OFDM 通信系统误码率性能[1] [2]。

基于参考信号(RS)的OFDM 的信道估计方法主要包括LS 算法和MMSE 算法：LS 算法简单，适用于一般无线环境；MMSE 算法可靠性较高，但过于复杂[3] [4]。结合MIMO 技术的OFDM 系统上的信道估计要考虑对每根接收天线接收到多根发射天线的导频进行分离，以及对多根接收天线接收数据进行协调处理[5]。目前在FPGA 上进行MIMO-OFDM 系统信道估计的设计方案还比较少，一些传统方案[5]-[7]中， 每条信道都需要设置一个信道估计器来估计导频位置信道频率响应， 插值估计通过复数乘法器实现， 这样将会消耗大量的硬件资源。本文基于文献[8]中的MIMO-OFDM 系统，在ML605 开发板上进行信道估计的方案设计实现。根据系统应用环境，考虑资源消耗与复杂度， 采用LS 估计算法以及线性插值算法进行模块化设计， 具有良好的扩展性。

基于传统信道估计方案对LS 估计模块进行精简， 对插值模块内插系数计算进行优化，减少FPGA 运算单元及存储单元消耗。经测试，将该方案加入视频传输系统后，视频信号清晰稳定。

2. MIMO-OFDM 接收端链路模型 图1 显示的是用于进行视频实时传输的双层物理层接收链路模型。接收端信号经过OFDM 解调后， 分离出用户数据信号和参考信号。信道估计模块利用接收到的的参考信号与本地存储的参考信号共轭相乘得到信道参数[9]，根据MIMO 分集空频解码公式，将用户数据信号与信道参数整理后输出给MIMO解码模块进行处理，从而减少无线信道干扰。系统全局时钟频率为100 MHz，系统带宽10 MHz，子载波数量为600 个，MIMO 采用2T × 2R 天线矩阵。

3. 信道估计模块总体设计 本文进行的信道估计模块设计，首先在Xlinx ISE 上使用VHDL 语言进行建模，并加入到接收端链