基于導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)算法的研究

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1、第一章緒論1.1研究背景和意義現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中，信息的傳輸即通信起著支撐作用。由于人類社會(huì)生活對(duì)通信的需求越來越高，世界各國都在致力于現(xiàn)代通信技術(shù)的研究與開發(fā)以及現(xiàn)代通信網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)代移動(dòng)通信技二十世紀(jì)二十年代，但是一直到20世紀(jì)70年代中期才迎來了移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展時(shí)期。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)，建成了蜂窩狀模擬移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。從八十年代開始，數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)入了發(fā)展和成熟時(shí)期，歐洲首先推出了全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM），隨后美國和日本也相繼制定了各自的數(shù)字移動(dòng)通信體制。90年代初，美國Qualcomm公司推出了窄帶碼分多址

2、（CDMA）蜂窩通信系統(tǒng)，這是移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展中的里程碑。從此碼分多址這種新的無線接入技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域占據(jù)了越來越重要的地位。這些目前正在廣泛使用的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是為支持語音和低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，但是隨著人們對(duì)通信業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)速率要求的不斷提高，已有的第二代移動(dòng)通信網(wǎng)將很難滿足新的業(yè)務(wù)需求。為了適應(yīng)新的市場需求，人們正在研究和設(shè)計(jì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。盡管目前關(guān)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作十分引人注目，但是目前第三代移動(dòng)通信的方案實(shí)際只能是第二代移動(dòng)通信方案的改進(jìn)，算不上真正意義上的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。而且3G的核心網(wǎng)還沒有

3、完全脫離第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。目前，人們把越來越多的眼光投向三代以后的（beyond3G/4G）移動(dòng)通信系統(tǒng)中新一代移動(dòng)通信（beyond3G/4G）將可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100Mbit/s，甚至更高，支持的業(yè)務(wù)從語音到多媒體業(yè)務(wù)，包括實(shí)時(shí)的流媒體業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸速率可以根據(jù)這些業(yè)務(wù)所需的速率不同進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。新一代移動(dòng)通信的另一個(gè)特點(diǎn)是低成本。因此在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)更高速率和更大容量，需要頻譜效率更高的通信技術(shù)。MIMO技術(shù)充分開發(fā)空間資源，利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技術(shù)是多載波傳輸?shù)?/p>

4、一種，其多載波之間相互正交，可以高效的利用頻譜資源。另外，OFDM將總帶寬分割為若干個(gè)窄帶子載波可以有效的抵抗頻率選擇性衰落。因此充分研究開發(fā)這兩種技術(shù)的潛力，將兩者結(jié)合起來成為新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)的解決方案。信道估計(jì)是無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)算法進(jìn)行研究和改進(jìn)，對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展有著非同尋常的意義。1.2MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的研究現(xiàn)狀隨著對(duì)無線通信業(yè)務(wù)需求的不斷提升，人們?cè)絹碓疥P(guān)注對(duì)后3G(B3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。MIMO和OFDM技術(shù)的結(jié)合能夠有效地減輕無線通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展的影響，顯著增加系統(tǒng)容量，獲得更穩(wěn)定的

5、性能，被公認(rèn)為事后3G系統(tǒng)的主流技術(shù)。由于在接收端，每個(gè)子載波的信號(hào)都是來自不同發(fā)射天線的多個(gè)獨(dú)立衰落信號(hào)的疊加，因此信道估計(jì)變得困難。本論文提出新的一種使用頻分復(fù)用導(dǎo)頻的序列時(shí)域關(guān)聯(lián)估計(jì)的信道沖擊響應(yīng)信道估計(jì)算法。在頻率中，使用導(dǎo)頻的訓(xùn)練序列估計(jì)信道沖擊與訓(xùn)練序列和接收信號(hào)進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算所獲得信道沖擊響應(yīng)有相同的作用。對(duì)它進(jìn)行DFT變換就可以獲得信道的頻域響應(yīng)結(jié)果。在時(shí)域，應(yīng)用MMSE準(zhǔn)則就可以得到臨近兩個(gè)的導(dǎo)頻符號(hào)間符號(hào)數(shù)據(jù)衰落數(shù)值的最好估計(jì)。MIMO-OFDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)SISO-OFDM統(tǒng)相比一個(gè)重要的不同在于滿足一定的信道環(huán)境條件下，MIMO系統(tǒng)的各發(fā)送接收支路之間都擁有相

6、互獨(dú)立的空間傳輸信道，即OFDM系統(tǒng)在時(shí)域上的信道估計(jì)各徑延遲與復(fù)增益或在頻域上的信道估計(jì)（估計(jì)各個(gè)子載波的復(fù)增益）都將因?yàn)榭臻g參數(shù)的引入而更為復(fù)雜。而在空間復(fù)用MIMO-OFDM系統(tǒng)中，MIMO信道估計(jì)的作用則更為重要，因?yàn)閺母鳁lOFDM“基帶處理單元”中產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)符號(hào)在沒有經(jīng)過空時(shí)處理的情況下直接被發(fā)送，這些相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)符號(hào)將在空間傳輸中發(fā)生混疊，而各接收支路上收到的也是這些被信道噪聲所干擾的混疊數(shù)據(jù)符號(hào)。接收機(jī)要完成MIMO解碼任務(wù)，即從這些被干擾的混疊數(shù)據(jù)符號(hào)中恢復(fù)出從各條發(fā)送支路所送出的原始數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)的一個(gè)必要前提條件是需要對(duì)各組發(fā)送接收對(duì)之間的空間信道響應(yīng)有準(zhǔn)確的

7、估計(jì)。從單載波系統(tǒng)的角度分析，這些不同發(fā)送接收對(duì)之間的空間信道就是在某個(gè)指定載波上的空間信道矩陣，而從OFDM的角度來看這就轉(zhuǎn)化為在所有子載波上的空間信道矩陣。目前MIMO-OFDM信道估計(jì)的方法通?？梢苑譃槿悾旱谝活愂腔趯?dǎo)頻或訓(xùn)練序列的方法。這類方法通常是在發(fā)送端發(fā)送訓(xùn)練序列來識(shí)別出各發(fā)送接收之路之間的空間信道并獲得這些信道的初始估計(jì)，然后再利用嵌入在每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)中的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)不斷跟蹤信道的變化。具體的方法有LS算法，在掌握信道二階統(tǒng)計(jì)特性的情況下還可以采用更為準(zhǔn)