移動寬帶MIMO-OFDM通信系統(tǒng)信道估計技術(shù)的研究.pdf

1、大系統(tǒng)容量、高速數(shù)據(jù)傳送和高頻譜效率是現(xiàn)代無線通信的發(fā)展方向。多輸入多輸出(MIMO)和正交頻分復(fù)用(OFDM)的結(jié)合是寬帶無線通信最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，由于其所具有的優(yōu)勢，MIMOOFDM技術(shù)已經(jīng)成為下一代移動通信系統(tǒng)下行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)。MIMO-OFDM系統(tǒng)的空時解碼和信號檢測都需要精確的信道參數(shù)，因此信道估計是MIMO-OFDM無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于接收天線上的導(dǎo)頻接收信號是來自多個發(fā)射天線的導(dǎo)頻信號經(jīng)過各個獨

2、立信道后信號的疊加，這導(dǎo)致MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計的難度加大。信道估計技術(shù)通常有兩類，一類是基于訓(xùn)練序列，一類是盲信道估計技術(shù)。目前通信系統(tǒng)主要應(yīng)用基于訓(xùn)練序列的信道估計技術(shù)。論文主要研究移動寬帶MIMO-OFDM系統(tǒng)基于訓(xùn)練序列的相關(guān)信道估計技術(shù)。
　　 論文首先研究了MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計的最優(yōu)導(dǎo)頻序列。利用類循環(huán)Jacket矩陣的特性，提出了一種新的最優(yōu)導(dǎo)頻序列推導(dǎo)方法?；谧钚∑椒?LS)信道估計的最小均方

3、誤差(MSE)，通過構(gòu)建類循環(huán)Jacket矩陣，分別推導(dǎo)出MIMO-OFDM系統(tǒng)分布在一個和多個OFDM符號上最優(yōu)導(dǎo)頻序列的表達式及其必要條件。與參考文獻相比，論文的推導(dǎo)結(jié)果更具有一般性。推導(dǎo)結(jié)果表明：(1)最優(yōu)導(dǎo)頻序列在頻域上是等功率、等間距和相移正交的；(2)最優(yōu)導(dǎo)頻序列的導(dǎo)頻數(shù)量與發(fā)射天線的數(shù)量成正比，隨著發(fā)射天線的增多，最優(yōu)導(dǎo)頻序列的導(dǎo)頻數(shù)量成倍增加。為了提高傳輸效率和降低峰均比，MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計通常應(yīng)用分布在多個

4、OFDM符號上的最優(yōu)導(dǎo)頻序列。
　　 MIMO-OFDM系統(tǒng)利用分布在多個OFDM符號上的最優(yōu)導(dǎo)頻序列進行信道估計，在在慢衰落信道能夠保持較好的性能，但在快衰落信道其性能惡化嚴(yán)重，因而在實際系統(tǒng)中分布在多個OFDM符號上最優(yōu)導(dǎo)頻序列的應(yīng)用受到限制。為了提高分布在多個OFDM符號上最優(yōu)導(dǎo)頻序列在快衰落信道中的性能，論文提出了一種基于虛擬導(dǎo)頻的MIMO-OFDM信道估計改進方法。虛擬導(dǎo)頻只有數(shù)學(xué)上的意義，實際上并不存在。如果在特定的

5、子載波上數(shù)據(jù)位置上疊加虛擬導(dǎo)頻，可得到由實際和虛擬導(dǎo)頻組成的特殊梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。根據(jù)最優(yōu)導(dǎo)頻序列在一個和多個OFDM符號上分布的特點可知，每個發(fā)射天線上的虛擬導(dǎo)頻等于其他OFDM符號同一子載波上的實際導(dǎo)頻。假定在所有發(fā)射天線上特定子載波上的數(shù)據(jù)位置發(fā)送疊加的虛擬導(dǎo)頻，則在每個接收天線上相同的位置上就有相對應(yīng)的疊加虛擬導(dǎo)頻接收信號。虛擬導(dǎo)頻接收信號可以利用同一子載波上相鄰的實際接收導(dǎo)頻信號通過維納濾波或線性內(nèi)插得到。然后，利用LS信道估計，

6、每個OFDM符號的信道估計參數(shù)可以利用OFDM符號中的實際和虛擬導(dǎo)頻接收信號進行計算得到。仿真結(jié)果表明，在快衰落信道，基于虛擬導(dǎo)頻的信道估計改進方法比原來方法的性能明顯提高了，其性能接近梳狀結(jié)構(gòu)最優(yōu)導(dǎo)頻序列的性能，而且導(dǎo)頻數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梳狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)頻數(shù)量。同時，虛擬導(dǎo)頻接收信號只需要在時域上進行一維維納濾波或者線性內(nèi)插運算得到，計算復(fù)雜度很低。另外，論文還提出了一種基于連續(xù)滑窗平均的信道估計改進方法，它也能夠大大提高分布在多個OFDM符號

7、上最優(yōu)導(dǎo)頻序列信道估計的性能。
　　 論文對推導(dǎo)出的MIMO-OFDM系統(tǒng)最優(yōu)導(dǎo)頻序列的性能進行了分析和評估，結(jié)果表明：(1)利用最優(yōu)導(dǎo)頻序列進行信道估計，不但能夠提高系統(tǒng)性能，而且可以大大降低計算復(fù)雜度；(2)推導(dǎo)出的最優(yōu)導(dǎo)頻序列具有比較高的峰均功率比，導(dǎo)致其所在OFDM符號有較高的峰均比；(3)最優(yōu)導(dǎo)頻序列分布的OFDM符號數(shù)量越多，其峰均比越低。考慮到實際應(yīng)用的限制，信道估計必須使用低峰均比的最優(yōu)導(dǎo)頻序列。為了得到低峰均比