新一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中信道建模及信道估計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線移動(dòng)通信自誕生以來(lái)，其發(fā)展速度令人驚嘆。短短幾十年移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)歷了第一代和第二代，完成了從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過(guò)渡。目前第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，正處于商用化的前期。與此同時(shí)，下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究工作已如火如荼地展開。 下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)隨時(shí)無(wú)縫的、高質(zhì)量、高速率的移動(dòng)多媒體和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。然而，無(wú)線移動(dòng)信道的種種物理特性，如帶寬限制、傳播損耗、時(shí)變特性、多徑衰落等都嚴(yán)重影響著高速無(wú)線移動(dòng)

2、通信的可靠性，因此，為了獲得高的數(shù)據(jù)速率和可靠的通信性能，下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)必須采用具有高頻譜效率的新技術(shù)。 MIMO-OFDM正是本文重點(diǎn)考慮的下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)模型，它在發(fā)射端和接收端采用多個(gè)天線，并在每個(gè)發(fā)射天線上采用OFDM調(diào)制。由于OFDM技術(shù)能夠有效地抵抗頻率選擇性衰落，而MIMO技術(shù)能夠大幅度地提高系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)傳輸速率，因而將兩者相結(jié)合在技術(shù)上相互補(bǔ)充，使之成為實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道高速數(shù)據(jù)傳輸最具希望的解決方案之

3、一，具有非常廣闊的發(fā)展前景。 本文第一部分從無(wú)線信道的傳播特性出發(fā)，討論了寬帶MIMO無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)衰落特性以及信道建模等問(wèn)題。在對(duì)現(xiàn)有MIMO信道模型及其建模方法進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了一種基于統(tǒng)計(jì)相關(guān)的MIMO信道模型，提出了具體的建模方法和步驟，并結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真分析驗(yàn)證了建模方法的有效性和實(shí)用性。在仿真方面，利用C語(yǔ)言創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)線MIMO信道仿真平臺(tái)，為MIMO無(wú)線鏈路的性能仿真、系統(tǒng)容量分析以及實(shí)現(xiàn)算法的性能評(píng)估提

4、供了強(qiáng)有力的工具。 本文的第二部分構(gòu)建了MIMO-OFDM無(wú)線通信系統(tǒng)模型，分析了采用空時(shí)編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)在頻率選擇性衰落信道下的差錯(cuò)性能，重點(diǎn)討論了非理想的信道估計(jì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并指出及時(shí)準(zhǔn)確的信道估計(jì)是保證MIMO-OFDM系統(tǒng)傳輸質(zhì)量、發(fā)揮其性能優(yōu)越性的關(guān)鍵。 信道估計(jì)從大的角度可以分為盲估計(jì)和非盲估計(jì)兩類。盲估計(jì)可以在發(fā)送數(shù)據(jù)未知的情況下，根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性估計(jì)信道響應(yīng)，由于它不需要任何導(dǎo)頻符號(hào)，

5、因而具有很高的頻譜效率，但是它通常需要接收大量數(shù)據(jù)樣本才能獲得準(zhǔn)確的信道估值，從而引入了較大的系統(tǒng)延時(shí)，同時(shí)它還要求信道的統(tǒng)計(jì)特性不變或者慢變，這就大大限制了它在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。為了能更好地跟蹤無(wú)線信道的變化，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，目前的大多數(shù)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)都借助于一定的導(dǎo)頻符號(hào)來(lái)完成信道估計(jì)。本文第三部分主要研究這類信道估計(jì)技術(shù)，這部分內(nèi)容是本文的重點(diǎn)。對(duì)于基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)，訓(xùn)練序列的設(shè)計(jì)是其核心之一，它對(duì)信道估計(jì)的精度以及系統(tǒng)的

6、性能起著決定性的作用。本文基于信道估計(jì)MSE最小準(zhǔn)則推導(dǎo)了MIMO-OFDM系統(tǒng)中訓(xùn)練序列的最優(yōu)化條件，給出了單符號(hào)訓(xùn)練序列以及多符號(hào)訓(xùn)練序列的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的最優(yōu)化訓(xùn)練序列，它本質(zhì)上是CDM、FDM與TDM最優(yōu)化訓(xùn)練結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，具有廣泛的適用性。基于上述最優(yōu)化訓(xùn)練序列，本文依次研究了MIMO-OFDM系統(tǒng)中的時(shí)域信道估計(jì)技術(shù)以及頻域信道估計(jì)技術(shù)。在時(shí)域信道估計(jì)部分，文中建立了時(shí)域信道估計(jì)模型，綜述了時(shí)域信道估計(jì)

7、技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)幾種常見時(shí)域估計(jì)算法進(jìn)行了性能評(píng)估。在此基礎(chǔ)上提出了一種鏈?zhǔn)郊訖?quán)LMMSE信道估計(jì)算法和一種低復(fù)雜度LS信道估計(jì)算法，并結(jié)合大量計(jì)算機(jī)仿真分析驗(yàn)證了算法的有效性和優(yōu)越性，最后分析了當(dāng)信道多徑時(shí)延為系統(tǒng)采樣周期的非整數(shù)倍時(shí)，時(shí)域信道估計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的能量泄漏問(wèn)題；在頻域信道估計(jì)部分，文中建立了頻域信道估計(jì)模型，綜述了頻域信道估計(jì)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真對(duì)幾種常見頻域估計(jì)算法進(jìn)行了性能評(píng)估，針對(duì)信道估計(jì)精度與實(shí)現(xiàn)復(fù)

8、雜度這一矛盾，提出了一種低代價(jià)LMMSE信道估計(jì)算法、一種實(shí)時(shí)LMMSE信道估計(jì)算法和一種基于干擾抑制的迭代信道估計(jì)算法等，為了進(jìn)一步提高上述信道估計(jì)算法在快衰落信道環(huán)境中的性能，文中還應(yīng)用’EMi塞代算法在MIMO-OFDM系統(tǒng)中進(jìn)行了信道跟蹤。 基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法非常有效，但是它要求系統(tǒng)周期地發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)，從而占用了大量的信道帶寬，降低了系統(tǒng)的吞吐量，這就使得不需要任何導(dǎo)頻的盲信道估計(jì)和需要少量導(dǎo)頻的半盲信道估計(jì)技術(shù)顯得