信道仿真与信道状态信息估计、反馈技术研究

论文摘要

无线电波是无线移动通信信号的载体,其传播不需要依靠任何介质。但是,由于外界环境和移动台的移动,在传播的通路上,无线电波的参数会发生改变。在无线通信研究中,将这种令无线电波特性发生改变的外界环境抽象后统称为无线信道。无线通信受无线信道的影响巨大,要设计出好的无线通信系统必须对无线信道有深刻的了解。本文的研究着重围绕无线信道展开。首先,在计算机辅助设计被广泛应用的今天,对通信系统进行计算机仿真验证是一种经济高效的手段,因此需要设计出能反映实际无线信道传播特性的计算机仿真信道。本文的第三章,在详细介绍了无线信道模型与实现方法的基础上,利用Synopsys’COSSAP?平台,设计搭建了基于COST207标准的MIMO无线仿真信道。在搭建的信道中,实现了具有双高斯型功率谱的瑞利信道,实现了由特定系统配置参数获得信道空间相关系数矩阵的算法。在一系列的信道仿真测试中,所搭建的信道都能够较好的反映实际无线传播环境对无线信号的影响。由于无线信道对无线通信的决定性作用,在实际无线通信系统中通常都需要对信道状态信息进行估计。本文的第四章,借助期望最大化（Expectation-Maximum, EM）算法所提供的算法框架,将其应用于对信道状态信息之一的信道衰落系数的估计中,设计了应用于SISO-OFDM系统和MIMO-OFDM系统的迭代半盲信道估计算法。该算法利用迭代方式逼近最大似然估计。从仿真性能看,这种信道估计算法与传统的内插估计相比可以有效降低误码率和系统开销,并且能很好的逼近估计性能下界。除了研究对信道衰落系数的估计外,在第五章,本文还设计了一种用于MIMO-OFDM系统中信道噪声方差估计的算法和应用于SISO-OFDM系统中信道衰落系数反馈的算法。其中,信道噪声方差估计算法仅需要每根发射天线发射两个OFDM符号便可获得估计,且不需要知道信道衰落系数信息。信道衰落系数反馈算法主要利用离散余弦变换压缩信息。从仿真结果看,噪声方差估计算法在保持较低系统开销的前提下,估计准确度较高。基于离散余弦变换压缩的信道衰落系数反馈算法,在保证信息量的前提下,可以有效压缩反馈数据量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 现代无线移动通信关键技术
• 1.1.1 OFDM 技术
• 1.1.2 MIMO 技术
• 1.1.3 无线信道建模仿真技术
• 1.1.4 先进的信道状态信息估计技术
• 1.1.5 信道状态信息反馈技术
• 1.2 主要研究内容和贡献
• 1.3 论文的结构安排
• 第二章 无线信道的特性
• 2.1 概述
• 2.2 大尺度衰落
• 2.3 小尺度衰落
• 2.3.1 无线信道的时频空特性
• 2.3.2 无线信道的分类
• 2.3.3 信道包络的统计特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 信道仿真与测试
• 3.1 SISO 信道
• 3.2 SISO 信道模型
• 3.2.1 室外模型
• 3.2.2 室内模型
• 3.2.3 SISO 信道实现方法
• 3.3 MIMO 信道建模
• 3.3.1 相关系数生成算法
• 3.3.2 信道系数矩阵生成算法
• 3.4 COST207 信道仿真
• 3.4.1 信道参数
• 3.4.2 基于COSSAP 的信道仿真设计
• 3.4.3 测试结果与分析
• 3.5 本章小节
• 第四章 基于EM 框架的信道估计算法
• 4.1 概述
• 4.2 EM 算法
• 4.3 SISO-OFDM 系统下信道估计
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 估计算法
• 4.3.3 仿真与性能分析
• 4.4 MIMO-OFDM 下的信道估计
• 4.4.1 系统模型
• 4.4.2 估计算法
• 4.4.3 仿真与性能分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 信道状态信息估计与反馈
• 5.1 概述
• 5.2 MIMO-OFDM 系统中的噪声方差估计
• 5.2.1 系统模型
• 5.2.2 噪声方差估计算法
• 5.3 信道信息反馈
• 5.3.1 离散余弦变换
• 5.3.2 反馈方案
• 5.3.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结及未来研究工作
• 6.1 全文总结
• 6.2 下步研究计划
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 个人简历