適用于MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的最優(yōu)導(dǎo)頻序列設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)-正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)作為下一代無線通信系統(tǒng)的核心技術(shù)近年來引起了眾多相關(guān)研究者的研究興趣。OFDM技術(shù)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(qiáng)的魯棒性等優(yōu)點(diǎn)引起了通信界廣泛的關(guān)注。OFDM通過將頻率選擇性多徑衰落信道轉(zhuǎn)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(shù)在數(shù)字電視、數(shù)字音頻、無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。MIMO系統(tǒng)能夠充分利用無線信

2、道中的多徑效應(yīng)，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(shù)相結(jié)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(jì)信息通常應(yīng)用于恢復(fù)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(dǎo)頻序列和梳狀導(dǎo)頻序列，接收端在接收數(shù)據(jù)之前已知這些導(dǎo)頻序列所發(fā)送的信息；另一種是盲信道估計(jì)方法，盲信道估計(jì)方法通過利用發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性（如恒模特性）來獲得信

3、道信息。和基于導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)方法相比，盲信道估計(jì)方法通常需要較長的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算復(fù)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(jì)問題，本文只討論基于塊狀導(dǎo)頻和梳狀導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)問題。
　　 本文系統(tǒng)的分析了實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中影響移動(dòng)通信系統(tǒng)信道估計(jì)性能的因素，詳細(xì)介紹了MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵問題和主要算法。著眼于信道估計(jì)算法在實(shí)際移動(dòng)通信中的應(yīng)用，給出了基于時(shí)域的MIMO-OFDM系統(tǒng)的最小二

4、乘(LS)信道估計(jì)算法和最優(yōu)導(dǎo)頻序列，深入研究了多普勒頻移對信道估計(jì)性能的影響。這些算法能夠有效的提高信道估計(jì)的性能，增強(qiáng)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(shè)置一定長度的保護(hù)頻帶，保護(hù)頻帶內(nèi)的子載波不被導(dǎo)頻和信號(hào)所使用。在傳統(tǒng)的最優(yōu)導(dǎo)頻序列設(shè)計(jì)方法中，導(dǎo)頻序列的初始位置通常選擇在OFDM頻帶中的第一個(gè)子載波上，因而最優(yōu)導(dǎo)頻序列的初始導(dǎo)頻會(huì)落入保護(hù)頻

5、帶中無法使用，這將嚴(yán)重的影響信道估計(jì)的性能。針對設(shè)置有保護(hù)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(dǎo)頻設(shè)計(jì)方案，該最優(yōu)導(dǎo)頻序列中導(dǎo)頻與導(dǎo)頻之間等能量、等間隔，而且當(dāng)OFDM保護(hù)頻帶寬度小于等于最大保護(hù)頻帶寬度(MGB)時(shí)，可以通過調(diào)整導(dǎo)頻序列的初始位置使整個(gè)導(dǎo)頻序列有效的避開保護(hù)頻帶，并計(jì)算了初始導(dǎo)頻位置的選擇范圍。
　　 在無線移動(dòng)通信信道中，當(dāng)發(fā)射臺(tái)與接收臺(tái)之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)射天線的載波會(huì)產(chǎn)生多普

6、勒頻移效應(yīng)，多普勒頻移會(huì)降低信道的估計(jì)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(diào)制方法，因此OFDM頻帶內(nèi)每個(gè)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(jì)問題，在設(shè)置最優(yōu)導(dǎo)頻序列的條件下，通過計(jì)算多普勒頻移對信道估計(jì)誤差產(chǎn)生的影響，給出了多普勒頻移與信道估計(jì)均方誤差(MSE)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它顯示出信道估計(jì)值的MSE與多普勒擴(kuò)展的平方成正比（

7、這里多普勒擴(kuò)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(jì)問題，提出了一種在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行LS信道估計(jì)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(dǎo)頻序列所形成的時(shí)域采樣值來計(jì)算時(shí)域信道響應(yīng)，通過信道的時(shí)域響應(yīng)能夠計(jì)算出對應(yīng)OFDM頻帶每個(gè)子載波頻率點(diǎn)的頻域信道響應(yīng)。在設(shè)置有保護(hù)頻帶的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，保護(hù)頻帶寬度越大，抑制數(shù)據(jù)畸變的性能越好，然而當(dāng)保護(hù)頻帶寬度大

8、于MGB時(shí)，導(dǎo)頻序列中的某些導(dǎo)頻將會(huì)落入保護(hù)頻帶中無法使用，這會(huì)導(dǎo)致信道估計(jì)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(dǎo)頻設(shè)計(jì)方案，它要求每根發(fā)射天線中的導(dǎo)頻等間隔、等能量，而且不同發(fā)射天線之間的導(dǎo)頻位置相互正交。對比傳統(tǒng)的最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)方法，該最優(yōu)導(dǎo)頻序列在保證信道估計(jì)精度的同時(shí)能夠允許設(shè)置更大的保護(hù)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此設(shè)計(jì)方案的有效性。
　　 基于塊狀導(dǎo)

9、頻序列的信道估計(jì)方法通常適用于慢衰落信道的信道估計(jì)問題。傳統(tǒng)的塊狀導(dǎo)頻序列設(shè)計(jì)方法要求不同發(fā)射天線中的導(dǎo)頻序列相互位置正交。當(dāng)發(fā)射天線數(shù)目增加時(shí)，OFDM系統(tǒng)頻帶中更多的數(shù)據(jù)位資源被導(dǎo)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(dǎo)頻序列相互相位偏移正交的設(shè)計(jì)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(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸效率下降這一問題，而且該設(shè)計(jì)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(kuò)展了系