領航式通道估測

由之前的介紹，我們可以知道傳送的資料會受到通道的衰減而失 真，而在接收端要還原受損的資訊時，要想辦法知道通道的資訊才能 還原，因此需要有通道估測的方法。OFDM 系統的通道估測可以分為 領航式(pilot-based)通道估測[8]以及盲蔽式(blind-based)通道估測[9]

兩種，領航式通道估測就是在傳送的資訊中額外加入一些已知的訊 息，我們稱作為領航符號(pilot)，接收端可以利用這些已知的 pilot 信 號來估測通道，而盲蔽式通道估測則是利用接收端收到資訊的正確性 來估計通道。一般來說，領航式通道估測需要付出額外的頻寬去傳送 pilot，但相對地會有比較準確的估測能力，複雜度也比較低；而盲蔽 式通道估測的優點就是可以不浪費額外的頻寬，但估測出來的通道誤 差會比較大。為了有較高的準確度，在這篇論文裡我們採用效能較佳 且複雜度低的領航式通道估測。

領航符號的位置、密度會隨著不同的通道響應而有所改變，對一 個 OFDM symbol 而言插入 pilot 的方式如圖 3.3-1 所示：

圖 3.3-1 OFDM symbol 中 pilot 的編排方式

其中 pilot carrier 是用來傳送 pilot 的子載波，而 data carrier 是用來傳 送資料的子載波。由圖 3.3-1 可以看出 pilot 的密度越高，用來傳送 pilot 的子載波就越多，相對的用來傳送資料的頻寬就變少了。

圖 3.3-2 以時域與頻域的方式來編排 pilot 的位置

上圖是傳送端將傳送的連續資料經過 S/P 之後的二維排列，也就 是把 pilot 安排在時域與頻域來看，其中橫軸是時間函數，代表不同 的 OFDM symbol，每個 symbol 為一個單位；縱軸是頻率函數，代表 不同的 OFDM 子載波，每個子載波為一個單位。白色區塊是要傳送 資料的子載波，而灰色區塊則是用來傳送 pilot 的子載波。

接收端收到資料後的估測方式就是，先利用灰色部分已知的 pilot 資訊，配合在 pilot 位置上收到的訊號，估測出該點的通道頻率響應，

之後再用內插法的方式計算出白色區塊(data 部分)的通道值。若先以

一個時間點來看，就是對一個 OFDM symbol 作通道估測，用 pilot 算 出的通道值做頻率軸上的內插法後，得到的是該 OFDM symbol 中其 餘子載波上的通道響應。再以多個時間點來看，利用兩個已經算好的 OFDM symbol 通道值(含有 pilot 的 symbol)，做時間軸上的內插法去 估計沒有 pilot 的 OFDM symbol 的通道響應。

對同一個 OFDM symbol 而言，pilot 數目的多寡會影響 pilot 之間 的間隔(pilot spacing)，pilot 數越多表示 pilot spacing 越小，則使用內 插法計算通道響應的誤差較小，通道估測越準確，但是 pilot 的數目 越多，就會減少資料的傳送量；相對的來說，如果 pilot 數目太少，

雖然所能傳送的資料量多，卻會導致內插法的誤差提高，所以這面臨 一個通道估測準確性跟資料傳送率之間的取捨(trade off)問題。

對通道來說，安排 pilot 就如同對該通道響應做頻率軸和時間軸 上的取樣，由取樣的值來做內插法求其餘的點。如果通道在頻率軸上 變化加快，我們就得增加頻率軸上面 pilot 的數目來增加取樣點；如 果同一個子載波上面的通道頻率響應隨著時間變化加快，我們就得增 加時間軸上面的 pilot 數量來增加取樣點。所以不管是對頻率軸上或 者時間軸上取樣，都需要滿足 Nyquist 取樣定理：取樣頻率要大於兩 倍的單邊頻寬。以頻率軸上的變化來說，變動頻寬就是通道延遲擴散 σ ，如圖 2.6-1 所示；而以時間軸上的變化來說，變動的頻寬是都卜τ

勒擴散Bd[3]，如圖 2.6-2 所示，所以根據取樣定理：

章定義的同調頻寬(coherent bandwidth)與同調時間(coherent time)，意 義就是在同調頻寬內，通道所受到的延遲擴散會近乎一致；在同調時 為 block-type，此種編排方式的 pilot 佔滿某幾個特定 OFDM symbol 的整個子載波，因此我們不需要做頻率軸上的內插法，只需要做時間 軸上的內插法來求出整個通道響應。所以可以看出，這種 pilot 的編 排方式適合使用在頻率選擇性衰減(frequency selective fading)且慢速 衰減(slow fading)的通道環境；圖 3.3-3(b)的編排方式稱為 comb-type，

與 block-type 相反，它是把 pilot 安排在每個 OFDM symbol 的相同子 載波位置上，而且每個 OFDM symbol 都是平均插入 pilot。因此我們 不需要做時間軸上的內插法，只需要做頻率軸上的內插法來求出整個 通道響應。所以這種 pilot 的編排方式適合使用在平坦衰減(flat fading) 且快速衰減(fast fading)的通道環境。

圖 3.3-3 兩種常用的 pilot 編排方式

而本篇論文主要是針對移動環境造成都卜勒效應的時變通道做 探討，因此所需要的 pilot 編排方式是要能對抗時間軸上快速變化的 快速衰減(fast fading)通道，所以我們採用 comb-type 的編排方式來估 測每個 OFDM symbol 上特定子載波的通道響應，之後再用頻率軸上 的內插法求出整個 OFDM symbol 的通道響應，我們在下一節會有詳 盡的介紹。