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  • OFDM信道估计,LS
  • 实现OFDM多种信道条件下的LS时域频域信道估计方法仿真
  • 频域导频联合OFDM信道估计 (2010年)
  • 双选择性(时域多变性和频域选择性)瑞利信道多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中,信道估计误差客观存在.为了研究双选择性瑞利信道中信道估计误差对MIMO-OFDM系统的影响,使用迫零检测和对Wishart分布的近似处理,从...
  • 为了使基于空频域导频信道估计的MIMO-OFDM系统能实现最优性能,研究了此导频结构所允许的极限保护频带宽度以及最佳初始导频位置。通过设置OFDM的保护频带宽度和调整初始导频位置,避免部分导频信号落入保护频带中。...
  • 与传统采用频域导频的信道估计器相比,该方法由于无需矩阵求逆,能够大大降低计算复杂度,同时PN序列作为OFDM符号的一部分可以实时估计信道,具有跟踪时变信道的能力.仿真结果表明该估计是无偏的,而且均方估计误差...
  • OFDM系统信道估计算法的研究与仿真,随鑫,,未来的移动通信系统需要能够以最低的代价(带宽、功率、复杂性)来为各种用户提供高质量的宽带业务,实现无所不在的、高质量的、高�
  • 在正交频分复用(OFDM)系统中,针对常用的信道估计算法不能有效地抑制信道冲激响应中循环前缀长度内噪声的不足,提出了一种改进的基于离散傅里叶变换(DFT)的信道估计算法。该算法是一个多次迭代的过程,通过最小...
  • 为提高初始估计的 精度,信道估计采用了一种频域分集的方法。计算机仿真表明,在多径瑞利衰落信道下,本文的方 法可以在较低的复杂度下有效地提高信道估计的精度,在 MMSE接收条件下,系统具有良好的误比 特率( BER)性能...
  • OFDM信道估计

    千次阅读 2015-10-09 09:52:02
    2.3 频域信道估计与均衡的硬件实现结构 硬件结构实现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。当串行输入数据到达时,通过判断输入OFDM符号的Symbol序号将两个长训练符号提取出来并求平均。...

    一、信道估计的目的

    信道估计的目的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。

    二、信道估计方法

    根据处理域的不同,信道估计有时域和频域之分,前者在接收端DFT变换之前进行,估计信道脉冲响应;而后者在DFT变换之后进行,估计信道频率响应。也有将两者相结合,在时域、频域联合进行信道估计,以充分挖掘信号时域处理和频域处理各自的优点。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。

    2.1 信道估计的时域方法

    所谓信道估计的时域方法是在训练符号的DFT之前,即在时域完成信道的估算。以IEEE 802.11a系统为例,长训练符号期间接收到的时域信号为:

    2.2 信道估计的频域方法


    2.3 频域信道估计与均衡的硬件实现结构

    硬件结构实现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。当串行输入数据到达时,通过判断输入OFDM符号的Symbol序号将两个长训练符号提取出来并求平均。然后将得到的长训练符号平均值同时送入能量计算模块及信道估算模块,其中能量计算模块负责估算由信道引起的幅值变化量,送给后续的解调模块动态调整星座图判断值,而信道估算模块则将接收到的长训练符号平均值与本地长训练符号取样进行相关处理,得到信道估算值H^,并计算其共轭H^*。最后信道均衡模块对数据分组进行信道补偿。注意,此处信道估计与均衡模块只对信道引起的相位旋转进行补偿,而对赋值的补偿在解调模块通过动态调整星座图判断阈值完成。




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  • 1 OFDM系统的基带等效框图 ...对无线信道的了解和掌握,对以OFDM技术为代表的移动通信的应用和发展起着重要作用。    无线信道有以下主要特征:   (1)路径损耗   (2)多径效应   

    1  OFDM系统的基带等效框图
    OFDM信道估计技术研究 - 大鹏展翅 - 892648414的博客
     

    2 无线信道的特点

    无线信道同有线信道和卫星信道一样,作为移动通信中一种重要的传输媒质,自身拥有许多独特的性质并且直接影响着通信的质量和容量。对无线信道的了解和掌握,对以OFDM技术为代表的移动通信的应用和发展起着重要作用。 
     
    无线信道有以下主要特征: 
          (1)路径损耗 
          (2)多径效应 
          (3)时变性 


    3 OFDM的信道估计

    信道估计的概念
    信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程。如果信道是线性的话,那么信道估计就是对系统冲击响应进行估计。需要强调的是,所谓信道估计就是信道对输入信号影响的一种数学表示。而“好”的信道估计就是使得某种估计误差最小化的估计算法。 


    信道估计的重要性

    OFDM信号在无线衰落信道中传输时,其幅度会发生衰减,相位也会发生偏移。为了在接收端解调时能够准确恢复出原始数据信息,就需要在接收端进行信道估计。


    重点 信道估计的方法

    通过上图可以看出信道估计可以分成两类导频辅助的信道估计和盲信道估计。


    其中 导频辅助的信道估计也叫做非盲估计,在估计阶段首先利用导频来获得导频位置的信道信息,然后为下面获得整个数据传输阶段的信道信息做好准备 。  
    盲信道估计,不使用导频信息,通过使用相应信息处理技术获得信道的估计值 。


    4   
    在OFDM系统中,信道的传输特性在时域和频域内是时变的,即使在传输一个OFDM帧长时间内,信道特性也会发生明显的变化,因此,基于梳状导频的快衰落信道估计算法是必要的。
       
    基于导频的OFDM信道估计方法
      
    发送端导频的选择与插入 
    接收端导频位置信道信息获取的方式 
    通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时刻信道的信息


      
    导频的OFDM信道估计估计准则 
    最小均方误差(MMSE) 
    最大似然估计(MLE) 
    最小平方(LS)

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  • 实现OFDM多种信道条件下的LS时域频域信道估计方法仿真
  • OFDM可见光通信的有效频域信道均衡方法
  • 造成水声信道利用率下降的问题,依据OFDM的调制解调原理,在对水声信道多径效应造成影响进行数学建模的基础上,引入多级缓冲机制和判决反馈机制,提出了新型的判决反馈OFDM频域均衡算法。对算法计算量进行了简化,并...
  • 该部分仿真程的序主要完成时域和频域多种信道估计方法的仿真计算和对比,同时搭建了OFDM的实际通信系统工程应用,验证了相关的计算方法。 是你学习和快速工程应用的必备利器。
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  • OFDM信道估计

    千次阅读 2014-03-03 16:20:52
    信道估计难点总结: 1. 时域估计 需要滤波出一个收端可知的时域信号,比如PSS/SSS就可以符合,所以假设降采样到64点,过一个匹配滤波的滑动相关,会得到一个峰值。如果以峰值的地方标记为h[0], 那么信道时域冲击响应...

    信道估计难点总结:

    1. 时域估计

    需要滤波出一个收端可知的时域信号,比如PSS/SSS就可以符合,所以假设降采样到64点,过一个匹配滤波的滑动相关,会得到一个峰值。如果以峰值的地方标记为h[0],

    那么信道时域冲击响应需要保留的应该是 h[-1] 等峰值左边的能量也需要保留一点,所以需要做个类似fftshift的动作,然后降噪处理的话,把中间的一部分拍成零。具体参见

    PSS/SSS Detection and Channel Estimation Enhancement.

     

    2. 频域估计

    频域估计利用pilot先估计出H^ls, 再插值,插值算法比较多类。

    基于变换域插值,先做ifft 把频域的H变成时域h,再做降噪处理,把非有效的tap拍成零。由于频域本身存在虚拟子载波(不承载数据,拍成零的部分)以及时域的信道时延未必是

    sinc函数的整数倍,会使得存在能量邪路问题。 参考《一种基于频域加窗的OFDM 信道估计算法》唐恬 张治 张平 的论文。

    这样要是强制吧CIR的后半部分拍成零,会在频域引起Gibbs效应,高频部分估计性能极差。

     

    再者,最后,关于噪声抑制的时候拍成零,有更好的算法:可以假定一个信道的时延扩展L,对L之外的信号认为是噪声,拍成零,并且,统计这部分噪声的功率方差 sigma。

    然后在对L之内的有效的信道响应做判决, 如果 h[n] < a*sigma 则认为 h[n]是噪声,拍成零。这个a是个参数可以认为是 threshold scaling factor。

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  • 下一代移动无线通信系统的目标是实现无所不在的、高质量的、高速率的移动...本文简要介绍了在衰落信道中传输 OFDM信号的信道估计方法和算法,以及进行的仿真,通过仿真得出基于块插入型的有无反馈器的BER特性和基于梳插入
  • 本文研究了DFT 信道估计算法并对该算法进行了改进,首先将信号在频域转换到时域,然后将时域中循环前缀长度之外的信道估计值置零。同时对循环前缀之内,也就是的信道估计值做进一步的处理,以便进一步消除噪声的干扰。...
  • OFDM系统中的信道估计基础知识

    千次阅读 多人点赞 2020-10-04 15:18:25
    OFDM学习笔记(四)(信道估计简介) 信道估计算法 OFDM中基于块状分布的导频信号信道估计仿真 OFDM中的信道估计Channel Estimation 一、什么是信道估计 信道估计是使用接收信号表现出来的各种状态来对信道的特性...

    参考文献:
    基于MIMO_OFDM系统的信道估计算法综述 ----丁旭(国内会议)
    参考课本:
    MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现
    参考文章:
    信道估计(百度百科)
    OFDM学习笔记(四)(信道估计简介
    信道估计算法
    OFDM中基于块状分布的导频信号信道估计仿真
    OFDM中的信道估计Channel Estimation
    SISO/MIMO信道估计(channel estimation)原理详细图解
    信道估计硬件实现 LS算法
    LTE基础原理与关键技术第4章OFDM信道估计
    Chpater 5 大规模MIMO信道估计与导频设计
    OFDM完整仿真过程及解释(MATLAB)

    OFDM系统基本框图

    在这里插入图片描述

    一、什么是信道估计

    信道估计是使用接收信号表现出来的各种状态来对信道的特性进行估计的过程。信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示。
    信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程,是信道对输入信号影响的一种数学表示。如果信道是线性的,那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。信道估计的目标就是使某种估计误差最小化,同时还要尽量降低算法的复杂度,并具有可实现性。
    为了在接收端能够准确地恢复发射信号,需要对信道的冲激响应进行估计,这就是信道估计。

    二、为什么要进行信道估计

    无线环境是复杂多变的,信号在传播过程中就会受到各种各样的干扰,到达接收端时,信号的幅度、相位和频率都会发生很大的改变,而信道估计和信道均衡的作用就是尽可能恢复出信号。因此,一个良好的估计和均衡算法对于接收端的性能来说至关重要,决定了信号最终的解出率。
    举一个简单的栗子来说,假如发送端发送了一个正弦信号6sin(2t),然后发送的这个正弦信号在无线信道中进行传输,由于信道的影响,接收端接到的信号变成了3sin(2t+8),也就是说信号经过无线信道的传输之后,幅度和相位都发生了变化(也就是幅度衰减一半,相位增加了8),如果在接收端现在已经通过相应的信道估计算法估计出了这个信道的特性(也就是幅度衰减一半,相位增加了8),那么接收端在后续接收其他信号的时候就会对接收到的信号进行相应的补偿。假如说发送端又发送了一个信号8sin(2t+2),通过信道传输之后,接收端接收到的信号变成了4sin(2t+10),那么接收端由于刚才已经通过第一次接收到的信号估计出了信道的特性,那么他就可以直接把信号补偿为8sin(2t+2)(幅度增加一倍,相位减去8),这样在接收端就可以复原出发送端发送的原信号。这就是为什么要进行信道估计,目的就是在接收端要尽可能地还原发送端发送的原信号。

    三、信道估计常用的思想

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    3.1 基于参考信号的估计(非盲估计

    基于参考信号的信道估计就是接收端利用已经知道的信息来对信道进行估计。常用的就是OFDM系统中的基于导频符号的信道估计。它的缺点也是显而易见的,参考信号占用了信息比特,降低了信道传输的有效性,浪费了带宽。另外,在接收端,要将整帧的信号接收后才能提取出参考信号进行信道估计,带来了不必要的时延,所以对帧结构提出了限制要求,比如快哀信道下,由于信道的相关时间可能小于帧长,基于参考信号的信道估计算法应用受到限制。

    3.1.1 基于训练序列的信道估计

    基于训练序列的信道估计算法适用于突发传输方式的系统。通过发送已知的训练序列,在接收端进行初始的信道估计,当发送有用的信息数据时,利用初始的信道估计结果进行一个判决更新,完成实时的信道估计。

    3.1.2 基于导频符号的信道估计(常用)

    其实有时候也把导频称为训练序列。反正就是那个意思,不作太大的区分。
    基于导频符号的信道估计适用于连续传输的系统。通过在发送的有用数据中插入已知的导频符号,可以得到导频位置的信道估计结果;接着利用导频位置的信道估计结果,通过内插得到有用数据位置的信道估计结果,完成信道估计。

    3.2 盲估计

    利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征,或是采用判决反馈的方法来进行信道估计的方法。盲估计必须是在接收到大量数据时才能够提取统计特性并对信道进行估计,并且算法复杂度也很高。

    3.3 半盲估计

    结合盲估计与基于训练序列估计这两种方法优点的信道估计方法,也就是盲估计+较短的训练序列。

    3.4 三种信道估计思想的比较

    一般来讲,通过设计训练序列或在数据中周期性地插入导频符号来进行估计的方法比较常用。而盲估计和半盲信道估计算法无需或者需要较短的训练序列,频谱效率高,因此获得了广泛的研究。但是一般盲估计和半盲估计方法的计算复杂度较高,且可能出现相位模糊(基于子空间的方法)、误差传播(如判决反馈类方法)、收敛慢或陷入局部极小等问题,需要较长的观察数据,这在一定程度上限制了它们的实用性。

    总体来说,由于基于参考信号的信道估计需要事先在发送的有效数据中插入一些收发双方都已知的数据(训练序列或者导频符号),于是插入的这些已知的数据就会占用了发送数据的信息比特,从而降低了传送数据的有效性和频谱效率,但是这种信道估计思想最后估计出来的结果相对来说比较贴合信道的实际情况,也就是说效果比较好。而盲估计算法由于不需要插入任何已知的数据,所以这种方式的数据有效性和频谱效率都比较高,但是他估计出来的信道特性相对来说不是那么的贴近实际的信道特性,并且这种信道估计的计算复杂度比较高、算法运算量大、灵活性差。半盲估计显然就是非盲估计和盲估计的一个折中产物。

    非盲估计:频谱效率低、效果好
    盲估计:频谱效率高、运算量大、效果不是那么好
    半盲估计:折中的产物

    由于盲估计频谱效率高,所以他越来越受到研究人员的重视。

    四、OFDM系统信道估计中的导频分布

    OFDM系统常常使用插入导频的方法来进行信道估计。我们都知道OFDM系统是在同一个时刻同时发送多个不同频率的子载波,一次性发送若干个子载波算是发送了一个OFDM符号,然后再隔一定的时间再发送下一个OFDM符号。根据导频插入的不同方式我们可以分为块状导频和梳状导频。
    所谓的导频就是在子载波上面调制上收发双方都知道的数据,这个数据(导频)的作用就是用来估计当前的信道特性。

    4.1 块状导频

    块状导频适用于慢衰落信道(即信道特性在一个OFDM数据帧(块)内保持准静止)。
    我们可以把下图中的4列小圆圈认为是一个OFDM数据帧(块),只要是在一个OFDM数据帧内信道特性基本不变,那么该信道就是慢衰落信道。

    在这里插入图片描述
    上图中的空心小圆圈就代表一个子载波,实心小圆圈就代表插入的导频。
    如上图所示,在同一时刻OFDM系统会同时发送多个不同频率的子载波,每一列就代表了一个OFDM符号,每隔一定的时间再发送下一个OFDM符号。
    这种导频方式的工作流程如下: 每隔一定的时间(也就是每隔几个OFDM符号,但是插入的时间间隔要满足抽样定理,目前我也不知道具体是什么东西)在所有的频率(子载波频率)上都发送一个已知的信号(这个信号我们就叫做导频信号,也就是在所有的子载波频率上面都调制上一个收发双方都知道的数据)。接收端收到这个导频信号之后就会使用相应的算法来对信道特性进行估计,估计完信道特性之后就已经知道了在导频位置处信道的特性(包括幅度衰减、相位等信息),然后就会使用一些插值算法在时域插值出后续几个OFDM符号周期内的信道特性,然后就可以然后就开始接收后面的OFDM符号了,接收端接收到后面的OFDM符号之后,就使用刚才估计到的信道特性来对现在接收到的数据进行相应的补偿,这样一直持续下去,一直持续到下一次导频信号的来临,然后就会使用最新的导频信号来更新当前的信道特性了,就这样一直持续下去。

    这种方式的基本思想就是假定了相邻几个OFDM符号之间的信道传输函数的改变不大。(其实也不能说是假定,因为这种块状导频本来就只能适用于这种相邻几个OFDM符号之间信道传输函数改变不大的信道,也就是这里说的慢衰落信道)
    由于该方式是在所有的子载波频率上面都发送了一个导频信号,所以这种方式对频率选择性不是很敏感。

    4.2 梳状导频

    梳状导频适用于快衰落信道(即信道特性在一个OFDM数据帧(块)内发生显著变化)。
    在这里插入图片描述
    上图中的空心小圆圈就代表一个子载波,实心小圆圈就代表插入的导频。
    这种插入导频的方式从图中就可以看出来,由于信道特性变化很快,所以不能再让相邻的几个OFDM符号来共同使用一个信道特性了,所以我们就在每一个OFDM符号中都加入了导频信号,但是和块状导频不同的是,这里的导频信号虽然占据了时间轴上的每一刻,但是他并没有占据频率轴上的所有子载波频率,而是选了几个频率来插入导频信息。
    这种导频方式的工作流程如下:在每一个OFDM符号周期内都使用几个子载波来作为导频使用,当接收端接收到这个OFDM符号之后,先使用信道估计算法估计出导频位置处的信道特性,然后再使用一些插值算法在频域插值出其余子载波(也就是其余携带数据的子载波)处的信道特性,然后就可以恢复出原信号了。
    由于这种方式的导频信号没有插入到所有的频率上,所以他对频率选择性比较敏感。

    除此之外,在信道频率选择性不强的情况下,可以在频域上较为稀疏地排列导频序列。同理,在慢衰落场景下,也可以在时域上较为稀疏地排列导频序列。
    在这里插入图片描述
    块状导频是进行的时域插值
    梳状导频是进行的频域插值
    菱形导频(格状导频)是在时域和频域都进行插值

    需要注意的是时域插值和频域插值其实指的就是在横坐标方向上插值或者在纵坐标方向上插值,横坐标就对应着时域,纵坐标就对应着频域。

    五、常用的信道估计算法(后续慢慢学习)

    在上面我们说到的利用导频信号就可以估计出信道特性,那么它具体是如何估计出信道特性的呢?这时候就轮到信道估计算法上场了。
    (信道估计模块接收的信号是频域信号,已经完成了去CP、纠偏等操作。去CP会使两个相邻的OFDM符号间有间隔,这段间隔对于信道估计模块很宝贵,所有的计算尽量在这个间隔内完成,若有N倍采样,那么可以用来处理的时钟就更多了。)
    在这里插入图片描述

    5.1 最小二乘法信道估计算法(LS)

    LS:Least Square
    该算法计算简单、复杂度低,不需要信道的任何先验统计特性。该方法导频处信道频域响应(CFR)通过LS算法估计得到,数据符号处CFR通过插值方法获得。然而,由于LS估计方法不能消除导频处噪声的影响,并且插值类信道估计方法不能有效消除由于多径引起的频域选择兴衰落信道的影响,导致数据处CFR获取不准确,因此LS算法的估计性能较差。
    假设发射信号是X(i),信道传输函数是H(i),接收端接收到的信号是Y(i),那么就有这个等式Y(i)=X(i)H(i)
    信道估计中的LS算法是最基本且常用的算法,用最朴实的话说就是忽略噪声,直接除。其公式表示为H(i)=Y(i)/X(i)。频域接收信号导频位置Y,本地已知导频X。两者简单相除,就可以得到导频位置的信道估计值H(i)
    在硬件实现时,除了在均衡时可以考虑用除法器,其他位置(包括此处的LS算法)都不要使用除法器,除法器占用的资源太多,将除法表示为乘法即可避免,而大部分的乘法可以用移位相加来实现,这样可以大大降低复杂度。
    关于代价函数请点击这里
    在这里插入图片描述

    5.2 最小均方信道估计算法(MMSE)

    MMSE:Minimum Mean Square Error Estimation
    在这里插入图片描述

    5.3 最大似然信道估计算法

    ML:Maximum Likelihood

    5.4 基于DFT的信道估计算法

    为了提高LS算法的性能,首先对LS算法得到的CFR进行IDFT变换到时域,然后根据信道冲激响应(CIR)特征,通过将CIR中除了时延点以外其余位置置零达到去噪的目的,然后再对去噪后的CIR补零做DFT得到估计的频域信道估计,由于DFT/IDFT有快速算法,因此该方法计算量小,容易实现。但是该方法要求信道时延为整数倍信道采样周期,当信道时延不为信道采样周期整数倍时,由于时延频谱泄露导致该方法不能仅仅通过几个时延点恢复出信道频域响应,因此限制了该方法的应用范围

    5.5 基于SVD(奇异值分解)的信道估计算法

    SVD:Singular Value Decomposition

    5.6 基于滤波器的信道估计算法

    5.7 线性最小均方误差信道估计算法(LMMSE)

    该方法在信道估计算法中性能最好,可以得到精确的信道估计,但是LMMSE算法需要知道信道的统计信息,并且具有很高的计算复杂度,因此,不适用于实际情况。

    5.8 基于判决反馈信道估计算法

    六、插值算法

    当使用信道估计算法估计出导频处的信道特性后,就要使用插值的方法去拟合出非导频处的信道特性,常见的插值方法有一阶线性插值和二阶线性插值。其中一阶线性插值是利用了相邻两个导频信号,而二阶线性插值是利用了前后相邻的3个导频信号。由于使用到的导频信息很少,所以最后估计出来的信道特性与实际有一定的差异。

    七、MIMO-OFDM系统中的信道估计

    在这里插入图片描述

    MIMO-OFDM的信道估计:时,频,空三个域都要考虑,尤其是在空域,不同天线发射的导频序列需要相互正交,否则在接收端无法区分各个导频,造成导频污染,就无法正确地估计信道。正交的方法有很多,可以是时间上错开,在某个时间只允许某个天线发送。也可以在频率上错开。还可以让导频信号本身就是正交的(例如Alamouti coding)。如下图所示:
    在这里插入图片描述
    在实际系统中往往是这三种导频策略混合使用。例如LTE下行链路的导频序列排布:
    在这里插入图片描述

    其他估计思想

    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 提出一种新的基于最小二乘准则的频域信道估计算法,该算法设计了一种新的具有互补性的2个连续 训练序列,对所有子载波的频率响应进行估计,减小了线性内插造成的误差,并在多普勒频移不同时采用不同 的预估计值加权参数,...
  • 为了实现MIMO-OFDM多输入多输出—正交频分复用系统的相干检测, 提出一种新的基于训练序列的信道估计方法。详细阐述了算法的估计准则和训练序列的构造方法。利用训练序列良好的相关特性简便、精确估计出信道的频域...

空空如也

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ofdm频域信道估计