Kanalabschätzung

Kanalabschätzung bezeichnet Verfahren zur Bestimmung der Kanalcharakteristik in digitalen Übertragungssystemen. Ziel ist es, die durch Multipath-Fading und Rauschen bedingte Veränderung des übertragenen Signals zu modellieren, damit Empfangseinrichtungen Antialiasing, Equalization und Decoding mit geringer Fehlerrate durchführen können. Typischerweise wird ein lineares, zeitvariante Modell verwendet, bei dem das empfangene Signal y(n) als Funktion des Kanalimpulsantwort h(k), des gesendeten Signals x(n) und eines Rauschvektors n(n) beschrieben wird: y(n) = ∑ h(k) x(n−k) + n(n). In der Frequenzdomäne bzw. bei OFDM entspricht das Modell y = H x + n, wobei H die Kanalübertragungsfunktion ist.

Kanalabschätzung erfolgt entweder trainingsbasiert (pilotengestützt) oder blind/semi-blind. Bei trainingsbasierten Ansätzen wird dem Empfänger bekanntes Pilotsignal X vorgegeben, so dass eine Schätzung von H aus y = X h + n abgeleitet wird. Gängige Methoden sind Least-Squares (LS) und Minimum-Variance bzw. MMSE-Lösungen. LS ergibt h_hat = (X^H X)^{-1} X^H y, MMSE nutzt zusätzlich eine a priori-Kovarianz R_h und liefert h_hat_MMSE = R_h X^H (X R_h X^H + σ^2 I)^{-1} y. In zeitvarianter Kanalumgebung können adaptiv Kalman-Filter oder rekursive Least-Squares-Methoden eingesetzt werden.

Im OFDM- oder MIMO-Kontext wird die Schätzung subträgerweise bzw. pro Antennenpaar durchgeführt und oft mit sparsamen oder subspace-basierten Verfahren ergänzt (z. B. MUSIC, ESPRIT) oder durch sparsity-basierte Ansätze in Kanälen mit wenigen Pfaden.

Die Qualität der Kanalabschätzung wird durch MSE, NMSE oder den CRB gemessen. Eine gute Abschätzung ermöglicht effektives Equalizing, Adaptive Modulation und zuverlässigen Decoding, ist aber auch mit Pilotaufwand, Rechenlast und Empfindlichkeiten gegenüber Doppler und Rauschen verbunden.