適用于MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計的最優(yōu)導頻序列設計的研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)-正交頻分復用(OFDM)技術作為下一代無線通信系統(tǒng)的核心技術近年來引起了眾多相關研究者的研究興趣。OFDM技術由于其快速的數(shù)據(jù)傳輸能力，簡單的操作性，以及對頻率選擇性衰落信道具有很強的魯棒性等優(yōu)點引起了通信界廣泛的關注。OFDM通過將頻率選擇性多徑衰落信道轉換為平坦衰落信道，從而有效的抑制了信道中的碼間干擾，目前OFDM技術在數(shù)字電視、數(shù)字音頻、無線局域網(wǎng)等領域中得到了廣泛的應用。MIMO系統(tǒng)能夠充分利用無線信

2、道中的多徑效應，在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下大幅度的提高系統(tǒng)容量。將MIMO和OFDM的技術相結合，能夠顯著的提高系統(tǒng)容量和傳輸效率。
　　 在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信道估計信息通常應用于恢復原始發(fā)送的數(shù)據(jù)和信道均衡。信道信息能通過以下兩種方式獲得；一種足基于塊狀導頻序列和梳狀導頻序列，接收端在接收數(shù)據(jù)之前已知這些導頻序列所發(fā)送的信息；另一種是盲信道估計方法，盲信道估計方法通過利用發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性（如恒模特性）來獲得信

3、道信息。和基于導頻序列的信道估計方法相比，盲信道估計方法通常需要較長的數(shù)據(jù)信息，計算復雜度較高，因此這種方法僅適用于針對慢衰落信道的信道估計問題，本文只討論基于塊狀導頻和梳狀導頻序列的信道估計問題。
　　 本文系統(tǒng)的分析了實際應用環(huán)境中影響移動通信系統(tǒng)信道估計性能的因素，詳細介紹了MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計的研究現(xiàn)狀、關鍵問題和主要算法。著眼于信道估計算法在實際移動通信中的應用，給出了基于時域的MIMO-OFDM系統(tǒng)的最小二

4、乘(LS)信道估計算法和最優(yōu)導頻序列，深入研究了多普勒頻移對信道估計性能的影響。這些算法能夠有效的提高信道估計的性能，增強系統(tǒng)的魯棒性。
　　 在OFDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)射端，為了避免由于低通濾波器的影響而帶來的數(shù)據(jù)畸變，通常在OFDM頻帶兩端設置一定長度的保護頻帶，保護頻帶內的子載波不被導頻和信號所使用。在傳統(tǒng)的最優(yōu)導頻序列設計方法中，導頻序列的初始位置通常選擇在OFDM頻帶中的第一個子載波上，因而最優(yōu)導頻序列的初始導頻會落入保護頻

5、帶中無法使用，這將嚴重的影響信道估計的性能。針對設置有保護頻帶的單輸入單輸出(SISO)-OFDM系統(tǒng)，提出了一種新的最優(yōu)導頻設計方案，該最優(yōu)導頻序列中導頻與導頻之間等能量、等間隔，而且當OFDM保護頻帶寬度小于等于最大保護頻帶寬度(MGB)時，可以通過調整導頻序列的初始位置使整個導頻序列有效的避開保護頻帶，并計算了初始導頻位置的選擇范圍。
　　 在無線移動通信信道中，當發(fā)射臺與接收臺之間存在相對運動時，發(fā)射天線的載波會產(chǎn)生多普

6、勒頻移效應，多普勒頻移會降低信道的估計精度，它的大小與發(fā)射天線和接收天線之間的相對速度及載波頻率成正比。由于OFDM系統(tǒng)采用多載波的調制方法，因此OFDM頻帶內每個子載波所產(chǎn)生的多普勒頻移大小不同。針對多普勒頻移信道環(huán)境下的OFDM系統(tǒng)信道估計問題，在設置最優(yōu)導頻序列的條件下，通過計算多普勒頻移對信道估計誤差產(chǎn)生的影響，給出了多普勒頻移與信道估計均方誤差(MSE)之間關系的數(shù)學表達式，它顯示出信道估計值的MSE與多普勒擴展的平方成正比（

7、這里多普勒擴展表示OFDM系統(tǒng)頻率最大的子載波所產(chǎn)生的多普勒頻移）。
　　 針對MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計問題，提出了一種在時域內進行LS信道估計的方案，該方案的基本思想是利用發(fā)射天線與接收天線中的導頻序列所形成的時域采樣值來計算時域信道響應，通過信道的時域響應能夠計算出對應OFDM頻帶每個子載波頻率點的頻域信道響應。在設置有保護頻帶的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，保護頻帶寬度越大，抑制數(shù)據(jù)畸變的性能越好，然而當保護頻帶寬度大

8、于MGB時，導頻序列中的某些導頻將會落入保護頻帶中無法使用，這會導致信道估計精度的大幅度降低。針對這一問題，提出了一種新的最優(yōu)導頻設計方案，它要求每根發(fā)射天線中的導頻等間隔、等能量，而且不同發(fā)射天線之間的導頻位置相互正交。對比傳統(tǒng)的最優(yōu)導頻設計方法，該最優(yōu)導頻序列在保證信道估計精度的同時能夠允許設置更大的保護頻帶寬度，因而能夠更好的抑制由低通濾波器的影響而帶來的傳輸數(shù)據(jù)的畸變。仿真實驗驗證了此設計方案的有效性。
　　 基于塊狀導

9、頻序列的信道估計方法通常適用于慢衰落信道的信道估計問題。傳統(tǒng)的塊狀導頻序列設計方法要求不同發(fā)射天線中的導頻序列相互位置正交。當發(fā)射天線數(shù)目增加時，OFDM系統(tǒng)頻帶中更多的數(shù)據(jù)位資源被導頻序列所占用，因而降低了系統(tǒng)的傳輸效率。為了提高系統(tǒng)的性能，提出了不同發(fā)射天線中的導頻序列相互相位偏移正交的設計方案。該方案有效的避免了由于發(fā)射天線數(shù)目的增加而導致的數(shù)據(jù)傳輸效率下降這一問題，而且該設計方案所需的發(fā)射天線數(shù)目沒有限制，從而能夠有效的擴展了系