高速移動下的MIMO-OFDM信道估計.pdf

1、新一代高鐵通信系統LTE-R，以多入多出(MIMO)和正交頻分復用(OFDM)為其技術核心，具有高數據率、低延時和分組傳輸等特點，是目前最有希望應用于未來鐵路通信的體系之一。但該系統面臨諸多挑戰(zhàn)，其中關鍵的一個挑戰(zhàn)是如何在復雜多變的高鐵場景下實現信號的正確傳輸。一方面，無線接入系統在基站(BS)間頻繁切換，信道環(huán)境反復地快速變化，信號的正確傳輸必須依靠于有效的信道估計技術。另一方面，多普勒效應顯著，產生嚴重的子載波間干擾(ICI)，信號

2、的正確傳輸必須依靠于準確的信道估計技術。
　　基于此，本文圍繞高速移動下的MIMO-OFDM信道估計展開研究，旨在為提高高鐵無線通信的服務質量奠定理論基礎。主要內容如下：
　?、傺芯苛烁咚僖苿酉禄谄ヅ渥粉欘愗澙贩椒ǖ腗IMO-OFDM信道估計。根據信道響應的時域稀疏性，引入壓縮感知(CS)理論，針對目前應用最為廣泛的正則化正交匹配追蹤(ROMP)需已知稀疏度和原子一旦選入無法刪除兩大缺點，提出了一種改進ROMP的MIMO-

3、OFDM信道估計方法。該方法結合壓縮采樣匹配追蹤(CoSaMP)、稀疏度自適應匹配追蹤(SAMP)和變步長的優(yōu)點，實現稀疏信號快速準確地重構。仿真結果表明，在高速移動場景下，與基于正交匹配追蹤(OMP)、ROMP、CoSaMP和 SAMP的信道估計方法相比，所提方法有效提高了MIMO-OFDM系統的歸一化均方誤差(NMSE)和誤碼率(BER)性能。
　?、谘芯苛烁咚僖苿酉禄诨鶖U展模型(BEM)的稀疏信道估計。首先建立了信道沖激響

4、應在延遲-多普勒域的BEM。其次根據所建立BEM的稀疏性，結合CS理論，將信道估計問題轉化為信號重構問題。最后針對該問題，提出了兩種稀疏信道估計方法：
　　1)導頻圖樣聯合BEM的近似稀疏信道估計方法(PP-BEM)。該方法在求解過程中對感知矩陣采用近似處理，將感知矩陣中的未知元素全部忽略并建模為噪聲再求解，引入ICI和CS重構兩種誤差，降低了信道估計的精度。為了改善此情況，分別設計了一種適用于SISO-OFDM系統的最優(yōu)導頻圖樣

5、和一種適用于MIMO-OFDM系統的簡化導頻圖樣，力求權衡地降低上述兩種誤差對信道估計精度所帶來的影響。仿真結果表明，在高速移動場景下，無論是在SISO-OFDM還是在MIMO-OFDM系統中，基于最優(yōu)或簡化導頻圖樣的PP-BEM比基于連續(xù)或完全隨機導頻圖樣的PP-BEM，在均方誤差(MSE)和BER方面性能更優(yōu)。
　　2)改進ROMP聯合BEM的迭代稀疏信道估計方法(iROMP-BEM)。該方法在求解過程中采用最小二乘(LS)法

6、預估計感知矩陣中的未知元素，以代替方法1)的近似處理操作，并通過改進的ROMP方法求解待估計值，最后在迭代步驟中利用反饋結果逐步提高信道估計精度。仿真結果表明：在高速移動場景下，當迭代次數(t)和ICI帶寬(D)增加到一定數值(tmax=5，Dmax=2)時，該方法可以有效地提高信道估計精度。
　　此外，在高速移動下的MIMO-OFDM系統中，對比了LS、CS信道估計、PP-BEM和iROMP-BEM在MSE和BER方面的性能，仿