移動寬帶MIMO-OFDM通信系統(tǒng)信道估計技術的研究.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)和正交頻分復用(OFDM)的結合是寬帶無線通信最有發(fā)展前途的技術之一，由于其所具有的優(yōu)勢，MIMOOFDM技術已經(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。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)的關鍵技術之一。由于接收天線上的導頻接收信號是來自多個發(fā)射天線的導頻信號經(jīng)過各個獨

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

3、誤差(MSE)，通過構建類循環(huán)Jacket矩陣，分別推導出MIMO-OFDM系統(tǒng)分布在一個和多個OFDM符號上最優(yōu)導頻序列的表達式及其必要條件。與參考文獻相比，論文的推導結果更具有一般性。推導結果表明：(1)最優(yōu)導頻序列在頻域上是等功率、等間距和相移正交的；(2)最優(yōu)導頻序列的導頻數(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)導頻序列的導頻數(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)信道估計通常應用分布在多個

4、OFDM符號上的最優(yōu)導頻序列。
　　 MIMO-OFDM系統(tǒng)利用分布在多個OFDM符號上的最優(yōu)導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重，因而在實際系統(tǒng)中分布在多個OFDM符號上最優(yōu)導頻序列的應用受到限制。為了提高分布在多個OFDM符號上最優(yōu)導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頻的MIMO-OFDM信道估計改進方法。虛擬導頻只有數(shù)學上的意義，實際上并不存在。如果在特定的

5、子載波上數(shù)據(jù)位置上疊加虛擬導頻，可得到由實際和虛擬導頻組成的特殊梳狀導頻結構。根據(jù)最優(yōu)導頻序列在一個和多個OFDM符號上分布的特點可知，每個發(fā)射天線上的虛擬導頻等于其他OFDM符號同一子載波上的實際導頻。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)送疊加的虛擬導頻，則在每個接收天線上相同的位置上就有相對應的疊加虛擬導頻接收信號。虛擬導頻接收信號可以利用同一子載波上相鄰的實際接收導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頻接收信號進行計算得到。仿真結果表明，在快衰落信道，基于虛擬導頻的信道估計改進方法比原來方法的性能明顯提高了，其性能接近梳狀結構最優(yōu)導頻序列的性能，而且導頻數(shù)量遠遠小于梳狀結構的導頻數(shù)量。同時，虛擬導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)導頻序列信道估計的性能。
　　 論文對推導出的MIMO-OFDM系統(tǒng)最優(yōu)導頻序列的性能進行了分析和評估，結果表明：(1)利用最優(yōu)導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雜度；(2)推導出的最優(yōu)導頻序列具有比較高的峰均功率比，導致其所在OFDM符號有較高的峰均比；(3)最優(yōu)導頻序列分布的OFDM符號數(shù)量越多，其峰均比越低。考慮到實際應用的限制，信道估計必須使用低峰均比的最優(yōu)導頻序列。為了得到低峰均比