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

1、多輸入多輸出(MIMO)技術是未來移動通信系統(tǒng)實現(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性終端的要求，使得無線MIMO通信信道具有時間選擇性與頻率選擇性兩個特征，因此未來的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性以及傳輸中的針孔效應等因素，使無線MIMO衰落信道模型更復雜，因此所涉及的MIMO空時信號處理也有很多困難亟待解決。對MIMO信道的估計與跟蹤是相

2、當重要的，因為其估計的精確性對整個通信系統(tǒng)的性能有著很大影響。當天線數(shù)目增加時，信道估計遇到了極大的挑戰(zhàn)，因為未知的信道抽頭個數(shù)增加，且發(fā)送能量被分割。 本文對雙選擇性信道與空間相關信道下MIMO無線通信系統(tǒng)中的信道估計等問題進行了深入研究，主要工作如下： 提出了基于訓練序列和序貫蒙特卡羅濾波的MIMO時變頻率選擇性衰落信道的估計與跟蹤方法。根據(jù)時變無線信道的動態(tài)性，將信道沖激響應近似看作一個低階的自回歸(AR)矢量過程

3、，以便于進行時變信道的跟蹤。接著在此模型的基礎上，利用序貫蒙特卡羅濾波對MIMO通信系統(tǒng)中的雙選擇性信道進行了跟蹤；跟蹤過程中需要與信號檢測交替進行，即在狀態(tài)變量的預測和新息修正的中間要進行一次碼元的檢測，所采用的方法是MMSE-DFE，最后與擴展卡爾曼濾波方法作了比較。 在數(shù)據(jù)分組傳輸方式下，提出了一種基于導頻符號輔助調(diào)制(PSAM)的MIMO時變頻率選擇性信道估計方案。首先，對時間．頻率雙選擇性MIMO信道，建立了一個復指數(shù)

4、基擴展信道模型；然后基于該復指數(shù)基擴展信道模型，提出了采用PSAM的。MIMO雙選擇性信道估計方法；最后在該估計算法的基礎上，基于信道估計MSE最小、檢測信號的MSE最小以及平均信道容量最大原則，對PSAM的參數(shù)進行了優(yōu)化設計，主要包括導頻的插入方式、導頻塊的結(jié)構、分塊傳輸數(shù)據(jù)子塊的個數(shù)、以及能量分配等。 在數(shù)據(jù)分組傳輸方式下，提出了基十多項式內(nèi)插的MIMO時間一頻率雙選擇性信道估計方法。將時間一頻率雙選擇性MIMO信道，建模為

5、一個隨時間變化的多項式內(nèi)插信道模型；然后，根據(jù)信道Doppler衰落速率、多項式模型中的誤差項，確定出模型的階數(shù)以及整個數(shù)據(jù)塊的長度；最后，基于該多項式內(nèi)插信道模型，提出了采用PSAM的MIMO雙選擇性信道估計方法。 對MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于導頻的時間一頻率雙選擇性衰落信道的估計和最優(yōu)導頻參數(shù)的設計問題進行了研究。利用復指數(shù)基擴展信道模型來表示一個OFDM符號周期內(nèi)雙選擇性衰落信道的變化；然后基于該復指數(shù)基擴展信道模型，提

6、出了一種有效的MIMO-OFDM雙選擇性衰落信道的估計方法；最后在該估計算法的基礎上，基于信道估計均方誤差最小準則，對導頻及其參數(shù)進行了優(yōu)化設計，主要包括導頻的個數(shù)、導頻的插入位置以及導頻的表達形式等。 對MIMO系統(tǒng)中基于訓練序列的空間相關、路徑相關信道的估計及最優(yōu)訓練序列設計問題進行了研究。提出了一種有效的MIMO空間相關與路徑相關信道估計方法，計算了信道估計的均方誤差；根據(jù)信道估計均方誤差最小的原則，對訓練序列進行了優(yōu)化設

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