雙選擇性信道與空間相關(guān)信道下MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)中的信道估計(jì).pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，提高傳輸質(zhì)量的重要途徑。高速分組寬帶傳輸和高移動(dòng)性終端的要求，使得無(wú)線MIMO通信信道具有時(shí)間選擇性與頻率選擇性兩個(gè)特征，因此未來(lái)的MIMO通信系統(tǒng)將面臨雙選擇性衰落信道模型。然而發(fā)射天線陣或接收天線陣的各單元之間還存在一定的相關(guān)性以及傳輸中的針孔效應(yīng)等因素，使無(wú)線MIMO衰落信道模型更復(fù)雜，因此所涉及的MIMO空時(shí)信號(hào)處理也有很多困難亟待解決。對(duì)MIMO信道的估計(jì)與跟蹤是相

2、當(dāng)重要的，因?yàn)槠涔烙?jì)的精確性對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的性能有著很大影響。當(dāng)天線數(shù)目增加時(shí)，信道估計(jì)遇到了極大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槲粗男诺莱轭^個(gè)數(shù)增加，且發(fā)送能量被分割。 本文對(duì)雙選擇性信道與空間相關(guān)信道下MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，主要工作如下： 提出了基于訓(xùn)練序列和序貫蒙特卡羅濾波的MIMO時(shí)變頻率選擇性衰落信道的估計(jì)與跟蹤方法。根據(jù)時(shí)變無(wú)線信道的動(dòng)態(tài)性，將信道沖激響應(yīng)近似看作一個(gè)低階的自回歸(AR)矢量過(guò)程

3、，以便于進(jìn)行時(shí)變信道的跟蹤。接著在此模型的基礎(chǔ)上，利用序貫蒙特卡羅濾波對(duì)MIMO通信系統(tǒng)中的雙選擇性信道進(jìn)行了跟蹤；跟蹤過(guò)程中需要與信號(hào)檢測(cè)交替進(jìn)行，即在狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)和新息修正的中間要進(jìn)行一次碼元的檢測(cè)，所采用的方法是MMSE-DFE，最后與擴(kuò)展卡爾曼濾波方法作了比較。 在數(shù)據(jù)分組傳輸方式下，提出了一種基于導(dǎo)頻符號(hào)輔助調(diào)制(PSAM)的MIMO時(shí)變頻率選擇性信道估計(jì)方案。首先，對(duì)時(shí)間．頻率雙選擇性MIMO信道，建立了一個(gè)復(fù)指數(shù)

4、基擴(kuò)展信道模型；然后基于該復(fù)指數(shù)基擴(kuò)展信道模型，提出了采用PSAM的。MIMO雙選擇性信道估計(jì)方法；最后在該估計(jì)算法的基礎(chǔ)上，基于信道估計(jì)MSE最小、檢測(cè)信號(hào)的MSE最小以及平均信道容量最大原則，對(duì)PSAM的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括導(dǎo)頻的插入方式、導(dǎo)頻塊的結(jié)構(gòu)、分塊傳輸數(shù)據(jù)子塊的個(gè)數(shù)、以及能量分配等。 在數(shù)據(jù)分組傳輸方式下，提出了基十多項(xiàng)式內(nèi)插的MIMO時(shí)間一頻率雙選擇性信道估計(jì)方法。將時(shí)間一頻率雙選擇性MIMO信道，建模為

5、一個(gè)隨時(shí)間變化的多項(xiàng)式內(nèi)插信道模型；然后，根據(jù)信道Doppler衰落速率、多項(xiàng)式模型中的誤差項(xiàng)，確定出模型的階數(shù)以及整個(gè)數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度；最后，基于該多項(xiàng)式內(nèi)插信道模型，提出了采用PSAM的MIMO雙選擇性信道估計(jì)方法。 對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻的時(shí)間一頻率雙選擇性衰落信道的估計(jì)和最優(yōu)導(dǎo)頻參數(shù)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了研究。利用復(fù)指數(shù)基擴(kuò)展信道模型來(lái)表示一個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi)雙選擇性衰落信道的變化；然后基于該復(fù)指數(shù)基擴(kuò)展信道模型，提

6、出了一種有效的MIMO-OFDM雙選擇性衰落信道的估計(jì)方法；最后在該估計(jì)算法的基礎(chǔ)上，基于信道估計(jì)均方誤差最小準(zhǔn)則，對(duì)導(dǎo)頻及其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)、導(dǎo)頻的插入位置以及導(dǎo)頻的表達(dá)形式等。 對(duì)MIMO系統(tǒng)中基于訓(xùn)練序列的空間相關(guān)、路徑相關(guān)信道的估計(jì)及最優(yōu)訓(xùn)練序列設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了研究。提出了一種有效的MIMO空間相關(guān)與路徑相關(guān)信道估計(jì)方法，計(jì)算了信道估計(jì)的均方誤差；根據(jù)信道估計(jì)均方誤差最小的原則，對(duì)訓(xùn)練序列進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)

7、計(jì)。分析是基于最近提出的空間相關(guān)信道模型——Kronecker內(nèi)積模型，其假定收發(fā)天線陣列引起的信道統(tǒng)計(jì)量是可分離的。然而，分析框架可應(yīng)用于更一般的相關(guān)信道模型。 提出了空間相關(guān)、路徑相關(guān)MIMO-OFDM通信系統(tǒng)中的空頻統(tǒng)計(jì)預(yù)編碼方案。利用Kronecker內(nèi)積結(jié)構(gòu)對(duì)空間相關(guān)、路徑相關(guān)MIMO-OFDM信道進(jìn)行了建模；在該模型的基礎(chǔ)上，基于平均信道容量最大原則，利用統(tǒng)計(jì)注水方法對(duì)發(fā)送端進(jìn)行了空頻統(tǒng)計(jì)預(yù)編碼，這個(gè)方法只需知道信道