MIMO-OFDM系统中信道估计技术的研究.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.54M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 历史与背景

1.2 课题的主要任务与意义

1.3 本文的主要工作及内容安排

第二章移动无线信道

2.1 移动无线信道的衰落特性

2.2 移动无线信道的计算机仿真模型

2.3 本章小结

第三章 MIMO-OFDM系统

3.1 OFDM基本原理

3.2 MIMO基本原理

3.3 MIMO-OFDM系统

3.4 本章小结

第四章基于训练序列的信道估计

4.1 系统描述

4.2 基于训练序列的信道估计概述

4.3 MIMO-OFDM系统中的LS估计

4.4 MIMO-OFDM系统中的MMSE估计

4.5 算法性能比较

4.6 本章小结

第五章基于导频符号的信道估计

5.2 基于导频符号的信道估计概述

5.2.1 信道估计过程

5.2.2 导频的形式

5.3 MIMO-OFDM系统中的梳状导频信道估计

5.4 MIMO-OFDM系统中的二维散布导频信道估计

5.5 本章小结

第六章结束语

6.1 论文工作总结

6.2 进一步的研究工作

附录A LS时域估计的均方误差

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果

学号： 000822105 密级：公开编号：代号：10701 分类号：TN919 UDC：西安电子科技大学硕士学位论文题(中、英文)目：MIMO-OFDM 系统中信道估计技术的研究 Research on Channel Estimation Technique in MIMO-OFDM System 作者姓名：刘刚指导教师姓名、职务：葛建华教授学科门类：工学学科、专业：通信与信息系统提交论文日期： 2003 年 1 月

摘要 MIMO-OFDM 技术将 OFDM 与空时编码技术有机的结合在一起，能够大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效的抵抗多径衰落、抑制干扰和噪声，从而引起了通信界的广泛关注。本文在分析移动无线信道衰落特性的基础上，阐述了 MIMO-OFDM 系统的基本原理，并围绕该系统中信道估计这一关键技术，深入研究了基于训练序列和基于导频符号的两类信道估计方法，给出几种相应的信道估计算法以及它们的改进算法，最后结合 MATLAB 仿真对这些算法的有效性和可行性进行了全面地分析与比较。关键词：多输入多输出空时编码正交频分复用信道估计

ABSTRACT As a combination of OFDM with space-time coding technique, MIMO-OFDM has recently received considerable attentions, which can not only effectively enhance the transmission rate and capacity of the wireless communication system but also effectively combat multi-path fading and interfere. In this paper, we discuss the principle of MIMO-OFDM system based on the introduction of fading channels. Furthermore, the channel estimation technique in MIMO-OFDM system is investigated, with the emphasis on training sequence-based and pilot-based channel estimation methods, and also several basic and improved algorithms are given respectively. Finally, the analysis and comparison of these algorithms is made by computer simulation. Keyword: Multiple Input and Multiple Output（MIMO） Space-Time Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing（OFDM） Channel Estimation

目录第一章绪论 ...............................................................................................................1 1.1 历史与背景.......................................................................................................1 1.2 课题的主要任务与意义...................................................................................4 1.3 本文的主要工作及内容安排...........................................................................4 第二章移动无线信道 ...................................................................................................7 2.1 移动无线信道的衰落特性...............................................................................7 2.2 移动无线信道的计算机仿真模型.................................................................11 2.3 本章小结.........................................................................................................12 第三章 MIMO-OFDM 系统 .......................................................................................13 3.1 OFDM 基本原理 ............................................................................................13 3.2 MIMO 基本原理 ............................................................................................17 3.3 MIMO-OFDM 系统 .......................................................................................18 3.3.1 系统结构...............................................................................................18 3.3.2 系统原理...............................................................................................19 3.3.2.1 基于 OFDM 的空间复用系统 ..................................................20 3.3.2.2 空时编码 OFDM 系统 ..............................................................21 3.4 本章小结........................................................................................................24 第四章基于训练序列的信道估计 .............................................................................25 4.1 系统描述.........................................................................................................25 4.1.1 信号模型...............................................................................................25 4.1.2 信道模型...............................................................................................26 4.2 基于训练序列的信道估计概述.....................................................................27 4.3 MIMO-OFDM 系统中的 LS 估计.................................................................28 4.3.1 时域估计...............................................................................................28 4.3.1.1 基本算法....................................................................................28 4.3.1.2 改进算法....................................................................................33 4.3.1.3 算法仿真....................................................................................36 4.3.2 频域估计...............................................................................................37 4.3.2.1 基本算法....................................................................................38 4.3.2.2 改进算法....................................................................................40 4.3.2.3 算法仿真....................................................................................40 4.4 MIMO-OFDM 系统中的 MMSE 估计..........................................................41 4.4.1 基本算法...............................................................................................42 4.4.2 简化算法...............................................................................................43 4.4.3 算法仿真...............................................................................................44 4.5 算法性能比较.................................................................................................45 4.6 本章小结.........................................................................................................47 第五章基于导频符号的信道估计 .............................................................................49 5.1 系统描述........................................................................................................49 5.2 基于导频符号的信道估计概述....................................................................50 5.2.1 信道估计过程.......................................................................................50

5.2.2 导频的形式...........................................................................................50 5.3 MIMO-OFDM 系统中的梳状导频信道估计 ...............................................52 5.3.1 导频正交性设计...................................................................................52 5.3.2 导频位置信道估计...............................................................................52 5.3.3 内插滤波方法.......................................................................................53 5.3.3.1 线性内插....................................................................................53 5.3.3.2 高斯内插滤波............................................................................54 5.3.3.3 信道内插后加低通滤波............................................................55 5.3.4 算法仿真..............................................................................................56 5.4 MIMO-OFDM 系统中的二维散布导频信道估计 .......................................57 5.4.1 算法描述...............................................................................................57 5.4.2 导频正交性设计...................................................................................59 5.4.3 算法仿真...............................................................................................60 5.5 本章小结.........................................................................................................61 第六章结束语.............................................................................................................63 6.1 论文工作总结.................................................................................................63 6.2 进一步的研究工作.........................................................................................64 附录 A LS 时域估计的均方误差 ...............................................................................65 致谢.................................................................................................................................67 参考文献.........................................................................................................................69 作者在读期间的研究成果.............................................................................................73

第一章绪论 1 第一章绪论本章将简要回顾移动通信技术的发展历程，展望未来技术的发展趋势，透过这一发展过程，分析揭示未来移动通信中无线传输技术所面临的挑战，提出本课题的主要研究任务和意义，同时给出本文的主要工作及内容安排。 1.1 历史与背景移动通信属于无线通信的范畴，是一种特殊的无线通信，其特别之处在于：第一，传输链路中存在以电磁波为载体的空中接口这一重要环节，即所谓的无线连接；第二，允许用户终端在某一电磁波覆盖范围之内不间断通信并到处移动，也就是动中通。以上两个特点决定了它特有的应用价值和特殊的技术难度。这里首先简要回顾一下移动通信的发展历史，由此窥视现代移动通信飞跃发展的历程。 1．移动通信的发展历史早期的无线通信得益于电磁波理论和电报电话技术，提供点对点无线电话（radio telephone）和无线电报（radio telegraph）传输业务，用现在的眼光看，它是一种较为简单的模拟无线通信技术。后来，人们将无线通信技术应用到交通运输行业，实现航行中的传播与基地台、执行任务的警车与警察局、行进中的火车与铁路车站之间的无线调度或电报电话公众业务等，这才是真正意义上的移动通信。这一阶段主要克服两大技术问题：载波的多普勒频移补偿和发动机电火花产生的电磁干扰抑制。在很长一段时间内，除了越洋电报等邮政业务以外，无线通信只存在于交通、公共安全、军事通信等专业性极强的应用领域。移动通信能够大规模的成为公众业务要归功于蜂窝移动通信概念的提出，蜂窝技术是移动通信发展的重大突破，它的频率复用技术有效的解决了在有限的无线频段内大幅度提高系统容量的问题，使得为人口密集的城区提供充足的移动电话业务成为现实。第一代蜂窝移动通信系统（1G）是基于模拟通信技术的，模拟调频（FM）加上频分多址接入（FDMA）是它的技术要点。第一代蜂窝移动通信系统存在频带利用率低、保密性差、终端体积大等缺点。随着数字信号处理与大规模集成电路技术的长足发展，移动通信技术很快的进入数字化，它在关键的空中接口环节上采用了一系列的数字信号处理技术，其中包括信源压缩编码、数字加密、信道编码、数字调制等；此外，在多址方式上，

2 MIMO-OFDM 系统中信道估计技术的研究采用了更加灵活、高效的时分多址（TDMA）和码分多址接入（CDMA）技术；在业务上，除了移动电话外，还支持最大速率不超过 9.6Kbps 的窄带数据传输。目前，世界上市场份额占主导地位的就是具有上述特点的数字蜂窝移动通信系统，即通常所说的第二代移动通信系统（2G）。随着计算机的大量应用和网络技术的不断进步，数据传输业务在现代通信业务中的比例逐年上升。移动电话的便利使人们对无线数据传输产生自然而然的期盼，以至于人们早已勾勒出个人通信（Personal Communication）的美好前景。作为一个近期目标，第三代移动通信（3G）及其所提供的多媒体业务即将走入人们的生活。国际电联（ITU）对第三代移动通信系统的总体要求都体现在 IMT-2000 上，概括地讲，有以下特点： ! 占用更高的频段（2GHz）和更大的带宽（5MHz）； ! 支持更高速率的多媒体业务：话音、数据传输、无线互联网接入、运动图像传输等； ! 支持更高速率的数据传输；室内 2Mbps、室外步行 384Kbps、室外高速移动 144Kbps； ! 与第二代移动通信网兼容； ! 具有更高的频谱利用率及更高的系统容量。毋庸置疑，无线传输技术（RTT）是第三代移动通信系统中最重要的组成部分，也是世界各国、各地区为形成未来通信体制而展开争论的焦点。无线传输技术主要包括多址技术、调制技术、信道编码及交织、双工技术、物理信道结构与复用、帧结构、无线资源分配与链路控制、RF 信道参数设置等等。根据 ITU 的一般要求和目标，世界各国、各地区组织对第三代移动通信系统无线传输技术进行了广泛而持久的研究，并提出了多种技术方案，逐步形成了被国际社会认可的三个主要标准：WCDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA。移动通信无线传输系统的特殊性，使得实现宽带多媒体通信要比固定网难得多。尽管如此，人们对移动通信仍寄予厚望。人们总希望现有固定网能支持多媒体业务，甚至那些只存在于想象中的通信业务在未来的移动通信中都能予以实现。所以人们认为，最高速率只有 2Mbps 的第三代移动通信系统称不上真正的宽带多媒体通信，于是，在提出 3G 技术方案的同时，便有人提出超 3G（即后 3G）的无线传输技术研究，甚至纷纷提出 4G、5G 的概念。第四代移动通信系统（4G）在业务上、功能上、频带上都将不同于第三代系统，它可称为宽带接入（Broadband Access）和分布网络，具有非对称的超过 2Mbps 的数据传输能力，其主要的指标有： ! 为用户终端提供高达几十到上百 Mbps 的峰值无线数据传输速率，支持包

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