基于新型訓(xùn)練序列的多天線移動通信信道估計.pdf

1、相對于單輸入單輸出(SISO)通信系統(tǒng)，多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)是一種在發(fā)送端和接收端均采用多天線陣列的無線傳輸體制。已經(jīng)證明，當(dāng)接收天線數(shù)大于發(fā)射天線數(shù)時，信道容量會隨著發(fā)射天線的個數(shù)大致呈線性增長，從而突破了傳統(tǒng)SISO信道的香農(nóng)容量限，成為下一代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于MIMO移動通信系統(tǒng)，信道估計是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，信道估計方案以及訓(xùn)練序列性質(zhì)對MIMO系統(tǒng)的信道估計性能及復(fù)雜度起著決定性作用。本論文主要致力于

2、研究基于新型訓(xùn)練序列MIMO系統(tǒng)信道估計技術(shù)及相關(guān)問題。 首先，論文針對隱含序列信道估計方案中直流偏移量對信道估計性能的影響，提出了基于平衡ZCZ(零相關(guān)區(qū))隱含訓(xùn)練序列的無直流偏移MIMO信道估計方案。相對于基于最佳信道獨立(OCI)隱序列的傳統(tǒng)SISO信道估計方案，新方案可以直接消除未知直流偏移對信道估計性能的影響，且不增加額外的復(fù)雜度；而且由于訓(xùn)練序列為二進(jìn)制，可降低系統(tǒng)峰均比和算法復(fù)雜度；此外，新方案同時適用于SISO/

3、MIMO系統(tǒng)。 針對隱含序列估計方案中，數(shù)據(jù)干擾將對信道估計性能產(chǎn)生不良影響的問題，通過將發(fā)射數(shù)據(jù)符號先移除圓周均值后，再和訓(xùn)練序列疊加后再發(fā)射的方式，提出了一種基于隱含ZCZ訓(xùn)練序列MIMO信道估計性能的改進(jìn)方案，此方案中信道估計性能將不再受未知直流偏移和未知發(fā)射數(shù)據(jù)符號的影響。但是，該方案并沒有估計直流偏移量，由于通信的最終目標(biāo)是要檢測發(fā)射的數(shù)據(jù)，也就是說在均衡前需要移除直流偏移。為此，論文繼而研究了MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合信道估

4、計和直流偏移估計的問題，并且證明了平衡ZCZ序列對信道估計和直流偏移估計都是最佳訓(xùn)練序列，同時給出二者基于最小二乘(LS)估計的性能下界。 在基于隱含訓(xùn)練序列的信道估計方案中，假設(shè)了采用循環(huán)前綴以消除塊間干擾及簡化信道估計和均衡。但由于循環(huán)前綴沒有承載任何有用信息，因此添加該前綴浪費(fèi)了系統(tǒng)的帶寬。論文基于SISO系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)，分別探討了不添加循環(huán)前綴的情況下(即無CP系統(tǒng))，信道估計誤差新的表達(dá)式。結(jié)果表明，當(dāng)訓(xùn)練序列的周

5、期數(shù)越大和系統(tǒng)信噪比越低時，新表達(dá)式的結(jié)果越接近于有CP系統(tǒng)的性能，亦即此時有無CP對信道估計性能影響不大。接著，論文采用ZCZ序列作為無編碼MIMO系統(tǒng)信道估計訓(xùn)練序列，分析了分別采用LS和SLS估計方法得到的信道估計誤差方差表達(dá)式，并將其表示成ZCZ序列的三個參數(shù)的函數(shù)，即序列長度，序列集大小和零相關(guān)區(qū)。分析和仿真結(jié)果表明，ZCZ序列優(yōu)于其他的序列集(包括m序列，隨機(jī)序列等)，并且SLS方法優(yōu)于LS方法，代價是SLS方法需要更多的先

6、驗信息。 通過數(shù)學(xué)分析證明：對于無編碼MIMO系統(tǒng)信道估計，頻域分析的最佳訓(xùn)練序列RPC序列是一類特殊的ZCZ序列，其互相關(guān)在所有移位處均為零，其自相關(guān)僅在部分移位處有非零值。 針對基于循環(huán)前綴的單載波系統(tǒng)，提出了聯(lián)合Alamouti-1ike STBC和最小均方信道估計方案。當(dāng)有兩個發(fā)射天線時，基于LS信道估計的性能下界，證明了周期互補(bǔ)集是頻率選擇性衰落信道估計的最優(yōu)訓(xùn)練序列。和傳統(tǒng)沒有采用空時編碼的方案相比，此方案獲

7、得了3dB的MSE性能增益，且對信道脈沖響應(yīng)的長度限制較少。 對MIMO-STBC系統(tǒng)，基于時域分析，證明了具有零相關(guān)區(qū)的周期互補(bǔ)序列為最優(yōu)序列，此序列是傳統(tǒng)周期互補(bǔ)集以及L完備序列的擴(kuò)展，即下面定義的Z周期互補(bǔ)集。 最后，提出了具有零相關(guān)區(qū)的互補(bǔ)集即Z互補(bǔ)序列集新概念，包括Z周期互補(bǔ)集和Z非周期互補(bǔ)集，它僅要求序列集內(nèi)所有序列的周期/非周期自相關(guān)函數(shù)的和在前Z個移位處具有脈沖特性。顯然，此概念使得傳統(tǒng)互補(bǔ)序列成為Z互補(bǔ)