MIMO-OFDM系统中信道估计技术研究

论文摘要

在无线通信系统中，带宽效率和多径衰落一直是倍受关注的问题。新一代无线通信系统可能采用了正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）技术，OFDM技术将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响；而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，有效地提高了系统的传输速率。新一代无线通信系统采用这两种技术，在一定程度上解决了带宽效率和多径衰落问题。此外，信道的准确估计是提高MIMO-OFDM系统性能的关键，因此，对信道估计技术的研究显得尤为重要，本论文通过对信道估计技术的深入研究，提出了更好的信道估计方法，对原有信道估计算法进行了优化设计，从而进一步提高MIMO-OFDM无线通信系统的性能。本论文的研究重点为MIMO-OFDM无线通信系统中的信道估计技术，同时本论文也考虑到MIMO系统的空时特性，研究了三种空时编码（空时分组编码STBC、空时网格编码STTC和分层空时编码BLAST）与MIMO-OFDM无线通信系统的结合。论文的主要工作和贡献：1)简单阐述了OFDM、MIMO及MIMO-OFDM的原理，并对不同收发天线下的OFDM系统容量进行了理论推导，然后对此用仿真实验给与了验证；2)分析了三种空时编码技术与MIMO-OFDM系统相结合，深入研究了三种空时编码技术与MIMO-OFDM系统结合的原理和作用。通过理论分析和仿真实验，总结出各自编码技术与MIMO-OFDM系统相结合后的优缺点。3)针对传统的参数信道估计算法存在的结构复杂度高，运算量大等缺点，提出了优化参数信道估计算法。通过对训练序列的最优设计，不但降低了系统的结构复杂度，而且减少了运算量。通过仿真实验，表明优化后的信道估计算法具有更好的性能和实际应用价值。4)提出了适合MIMO-OFDM系统的一种新的信道估计方案，这种方案首先对STBC导频符号进行设计，使其更加符合传输要求，然后再结合迭代LS信道估计算法，以此提高MIMO-OFDM系统的信道估计性能。理论分析和计算机仿真表明，这种方法避免了矩阵的求逆运算，大大减少了运算复杂度，并且能很好跟踪信道的变化过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 移动通信的发展历程
• 1.2 新一代移动通信系统的展望
• 1.2.1 新一代移动通信的需求
• 1.2.2 新一代移动通信的技术特征
• 1.3 第四代移动通信的研发现状
• 1.4 论文中的创新点及所做工作
• 1.5 论文内容安排
• 第二章 MIMO与OFDM技术的结合
• 2.1 OFDM系统基本原理
• 2.1.1 OFDM系统的模型
• 2.1.1.1 OFDM信号的数学表达式
• 2.1.1.2 OFDM信号子载波间的正交性
• 2.1.2 OFDM中的保护间隔和循环前缀
• 2.2 MIMO系统基本原理
• 2.2.1 SISO系统的模型及容量
• 2.2.2 SLMO系统的模型及容量
• 2.2.3 MISO系统的模型及容量
• 2.2.4 MIMO系统的模型及容量
• 2.2.5 仿真分析
• 2.3 MIMO-OFDM系统
• 2.3.1 MIMO-OFDM原理概述
• 2.3.2 MIMO-OFDM系统的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 空时编码在MIMO-OFDM信道估计中的应用
• 3.1 BLAST编码
• 3.1.1 BLAST码基本原理
• 3.1.2 V-BLAST编码结构下MIMO-OFDM信道估计
• 3.1.3 仿真与性能分析
• 3.2 STTC编码
• 3.2.1 STTC码的基本原理
• 3.2.2 STTC编码与MIMO-OFDM系统结合
• 3.2.3 仿真与性能分析
• 3.3 STBC编码
• 3.3.1 STBC码的基本原理
• 3.3.2 STBC编码在MIMO-OFDM信道估计中的应用
• 3.3.3 仿真与性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 MIMO-OFDM系统基于训练序列的信道估计算法
• 4.1 基本介绍
• 4.1.1 信道估计的意义
• 4.1.2 信道估计的分类
• 4.2 信道估计的准则
• 4.2.1 基于LS准则的信道估计
• 4.2.2 基于MMSE准则的信道估计
• 4.3 LS准则和MMSE准则下的信道估计仿真分析与性能比较
• 4.4 基于训练序列的参数信道估计算法
• 4.4.1 参数信道估计模型
• 4.4.2 参数信道估计算法
• 4.4.2.1 算法描述
• 4.4.2.2 MSE性能分析
• 4.4.3 参数信道估计算法的优化及改进
• 4.4.3.1 算法的优化及改进
• 4.4.3.2 MSE性能分析
• 4.4.4 仿真性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 MIMO-OFDM系统中基于导频的信道估计算法
• 5.1 MIMO-OFDM系统的导频图案的设计
• 5.1.1 位置区分导频图案
• 5.1.2 正交码区分导频图案
• 5.2 基于STBC导频的迭代LS信道估计算法
• 5.2.1 MIMO-OFDM系统结构
• 5.2.2 STBC导频符号设计及信道估计算法
• 5.2.3 迭代LS算法
• 5.2.4 算法复杂度性能分析
• 5.2.5 仿真分析
• 5.3 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 进一步工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的文章