基于导频的MIMO-OFDM信道估计技术研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM）技术可以将频率选择性衰落信道划分为多个并行的平坦衰落信道,有效地克服了多径带来的不利影响,并且具有很高的频谱利用率。多输入多输出（MIMO）技术,通过使用多副发射天线和接收天线,可以在不增加系统带宽和发射功率的前提下,成倍的提高系统容量和带宽利用率。将OFDM技术与MIMO技术相结合,可以在有限频谱资源上实现高速率和大容量。目前,MIMO-OFDM技术已成为国内外研究热点。在MIMO-OFDM系统中,相干解调、空时译码、多用户检测等技术都离不开信道状态信息,因此,信道估计作为MIMO-OFDM技术的核心技术之一,它的好坏将直接影响整个系统的性能。信道估计方法可以分为基于导频的信道估计、盲信道估计和半盲信道估计,基于导频的信道估计具有更高的精确度和实际应用价值。本文首先在介绍无线信道特性及MIMO-OFDM系统原理的基础上,介绍并分析了几种典型的基于导频的信道估计算法。这包括在时域正交导频下的LS估计算法和LMMSE估计算法,以及频域正交导频下的几种常见的插值算法。通过仿真,在3GPP信道环境下对算法性能进行了对比与分析。然后重点研究了基于角度域信道估计算法,并且针对原算法的不足提出了改进算法。通过理论分析证明了改进算法在几乎不增加复杂度的前提下比原算法具有更低的均方误差,并在3GPP信道环境中仿真验证了算法的优越性。另外,本文还研究了基于STBC导频设计的MIMO-OFDM信道估计算法,并将其与角度域信道估计相结合,在3GPP信道环境中进行了仿真分析,验证了改进的角度域算法具有更低的均方误差和误符号率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信的发展背景
• 1.1.1 第一代移动通信系统（1G）
• 1.1.2 第二代移动通信系统（2G）
• 1.1.3 第三代移动通信系统（3G）
• 1.1.4 下一代/第四代移动通信系统（83G/4G）
• 1.2 MIMO-OFDM技术简介
• 1.2.1 OFDM技术简介
• 1.2.2 MIMO技术简介
• 1.3 信道估计研究意义与研究现状
• 1.4 本文主要工作及内容安排
• 第二章 宽带无线信道中的MIMO-OFDM系统
• 2.1 无线信道传播特性
• 2.1.1 无线信道大尺度衰落特性
• 2.1.2 无线信道小尺度衰落特性
• 2.2 宽带信道中的MIMO-OFDM系统
• 2.2.1 OFDM技术的基本原理
• 2.2.2 MIMO技术的基本原理
• 2.2.3 MIMO-OFDM技术的基本原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于导频的MIMO-OFDM信道估计
• 3.1 MIMO-OFDM导频发送方案
• 3.1.1 SISO-OFDM系统导频设计
• 3.1.2 MIMO-OFDM系统导频设计
• 3.2 时域正交导频下的信道估计
• 3.2.1 LS信道估计算法
• 3.2.2 MMSE信道估计算法
• 3.3 频域正交导频下的信道估计
• 3.3.1 常值内插
• 3.3.2 线性内插
• 3.3.3 二阶线性内插
• 3.3.4 三次样条内插
• 3.3.5 基于DFT的时域内插
• 3.4 算法仿真与分析
• 3.4.1 时域正交导频信道估计算法仿真与分析
• 3.4.2 频域正交导频信道估计算法仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 多天线角度域信道估计
• 4.1 多天线角度域模型基本理论
• 4.2 角度域信道估计
• 4.2.1 基于频角变换域的信道估计
• 4.2.2 基于时角变换域的信道估计
• 4.2.3 角度域信道估计算法仿真与分析
• 4.3 时角变换域算法的改进
• 4.4 原算法与改进算法MSE性能分析与比较
• 4.4.1 原算法MSE性能分析与比较
• 4.4.2 改进算法MSE性能分析与比较
• 4.5 算法复杂度分析与简化
• 4.5.1 角度域信道估计算法分析
• 4.5.2 改进算法的进一步简化
• 4.6 算法仿真与分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于STBC导频的MIMO-OFDM信道估计
• 5.1 Alamuti空时编码解码方案
• 5.2 基于STBC导频LS信道估计算法
• 5.3 算法简化
• 5.4 基于STBC导频的角度域算法仿真与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢