MIMO-OFDM系统的信道估计

论文摘要

MIMO-OFDM技术作为4G的核心技术,可以大幅度地提高无线通信系统的信道容量与传输速率,并可以有效地抵抗多径衰落,抑制干扰和噪声,适应多媒体应用业务的需求。MIMO-OFDM系统的信道估计关系到接收机信号的恢复、收发策略的确定,无论是OFDM的相干检测还是MIMO-OFDM的空时解码都必须知道信道的状态信息,所以信道估计是MIMO-OFDM系统的一个重要环节。本论文围绕MIMO-OFDM通信系统中基于训练序列（块状导频）的信道估计问题展开研究。过高的峰均比会恶化MIMO-OFDM系统的性能,将恒包络序列作为训练序列可以有效降低发射信号的峰均比,对其进行插零优化又可以消除码间串扰,但是基于这两种训练序列的LS估计都可能遇到病态矩阵问题,从而影响系统估计性能,针对这个问题,本文提出两种优化方法,即对不同天线上的训练序列进行相移优化或移位优化,有效的解决了MIMO-OFDM系统LS估计的病态矩阵问题;还针对插零优化造成的加性噪声问题加入了实时估计最大时延扩展的算法,不仅减少了系统噪声的干扰还降低了算法实现的复杂度。本文对发射天线数为2N的MIMO-OFDM系统提出了一种非奇异的正交变换矩阵,该矩阵可以对SISO-OFDM系统的最优化训练序列进行正交扩展,使之成为适用于MIMO-OFDM系统的训练序列,扩展变换可以将多天线的信道估计问题转化为单天线的信道估计,并可以采用简化的低阶LMMSE估计算法,有效的降低了MIMO-OFDM系统信道估计的复杂度。并在此基础上通过仿真实验,比较了采用LS,LMMSE和简化的LMMSE三种估计算法时,信道的比特误码特性,验证了该算法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 本课题的研究内容和国内外研究现状
• 1.3 本课题主要完成的工作和结构安排
• 第二章 MIMO-OFDM系统的基本原理
• 2.1 OFDM基本原理
• 2.1.1 OFDM系统的基本模型
• 2.1.2 基于DFT（或FFT）的OFDM系统
• 2.2 MIMO的基本原理
• 2.3 MIMO-OFDM系统
• 2.3.1 系统结构
• 2.3.2 系统原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线信道的特性与建模
• 3.1 无线信道研究概述
• 3.1.1 无线信道模型
• 3.1.2 无线信道的估计与预测
• 3.2 无线信道分析
• 3.2.1 Doppler效应
• 3.2.2 多径效应
• 3.2.3 信道衰落的分类
• 3.3 无线信道的模型
• 3.3.1 多径衰落信道的模型
• 3.3.2 Jakes移动信道模型
• 3.3.3 Rayleigh衰落模型
• 3.3.4 Rice衰落模型
• 3.4 MIMO无线信道模型理论
• 3.4.1 相关模型
• 3.4.2 MIMO相关信道
• 3.4.3 MIMO相关信道仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于训练序列的信道估计
• 4.1 MIMO-OFDM信道描述
• 4.2 MIMO-OFDM的信道估计算法
• 4.2.1 MIMO-OFDM信道估计算法概述
• 4.2.2 本文采用的信道模型和估计方法
• 4.3 基于训练序列的估计算法
• 4.3.1 基于训练序列的估计算法描述
• 4.3.2 训练序列的设计要求
• 4.4 满足正交性的两种最优化训练序列
• 4.5 优化的恒包络训练序列
• 4.5.1 恒包络训练序列
• 4.5.2 经过插零的恒包络训练序列
• 4.5.3 优化插零恒包络训练序列
• 4.5.4 对信道最大时延扩展的实时估计
• 4.5.5 仿真比较
• 4.6 基于扩展变换训练序列的估计算法
• 4.6.1 扩展变换训练序列
• 4.6.2 基于扩展变换训练序列的LS估计算法
• 4.6.3 基于扩展变换训练序列的LMMSE信道估计
• 4.6.4 基于扩展变换训练序列的简化LMMSE算法
• 4.6.5 仿真比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 符号与标记（附录1）
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文