【正文】 限字符特性的算法，這類(lèi)算法中有盲ML算法及其半盲推廣形式。第二種是利用統(tǒng)計(jì)量信息的高斯算法，（盲）預(yù)測(cè)算法或者（盲）協(xié)方差匹配算法。特別是由于引入了在不同子載波上發(fā)射信號(hào)的相關(guān)結(jié)構(gòu)，它可以防止在某些子載波上信道為零，而且對(duì)于信道階數(shù)的過(guò)估計(jì)不敏感。 (2)式()算出的相關(guān)矩陣點(diǎn)除 P，P 的定義如式()。 （326）對(duì)上式進(jìn)行奇異值分解得到的估計(jì)： （327）是模糊度矩陣。信道階數(shù)的精確值要得到。由子空間的構(gòu)造方法和酉矩陣的性質(zhì)知，信號(hào)子空間與噪聲子空間正交。(4)h(l)是滿(mǎn)列秩矩陣。 在信道估計(jì)前假設(shè)下列條件成立： (1)數(shù)據(jù)獨(dú)立且均值為零。下面介紹基于子空間算法的MIMOOFDM信道估計(jì)。子空間算法最先從單輸入多輸出系統(tǒng)中發(fā)展而來(lái)，它李永樂(lè)觀察矩陣的子空間結(jié)構(gòu)。為發(fā)射天線(xiàn)數(shù)目。然后，頻域的符號(hào)序列由IFFT調(diào)制成OFDM符號(hào)序列，并在每個(gè)OFDM符號(hào)的前邊加上CP,最后通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)。由于完全不需要發(fā)送導(dǎo)頻或者訓(xùn)練序列，盲信道估計(jì)可有效地提高系統(tǒng)的傳輸效率，并且對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)協(xié)同性的要求降低，在提高通信系統(tǒng)的可靠性和容量方面有很大潛力，成為近年來(lái)信道估計(jì)中研究的熱點(diǎn)。否則 （313）其中，是N點(diǎn)DFT矩陣的第行的前v個(gè)元素。如果要求在時(shí)域?yàn)V波，可以通過(guò)使用 個(gè)過(guò)去沖激響應(yīng)測(cè)量值，當(dāng)前的信道沖激響應(yīng)測(cè)量值和 個(gè)將來(lái)信道沖激響應(yīng)測(cè)量值來(lái)構(gòu)建濾波器的信道沖激響應(yīng)。 LS 算法 LS估計(jì)算法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、計(jì)算量也較小，但是對(duì)AWGN和ICI都較為敏感。還有一種就是通過(guò)設(shè)計(jì)導(dǎo)頻和訓(xùn)練序列來(lái)降低算法的復(fù)雜度，提高估計(jì)性能，例如Han Zhan等人提出的導(dǎo)頻符號(hào)分析補(bǔ)償算法，有的在訓(xùn)練序列中進(jìn)行功率補(bǔ)償。時(shí)隙可以按照如下方式構(gòu)成：在偶數(shù)序號(hào)子載波上發(fā)送數(shù)據(jù)與訓(xùn)練符號(hào)，而在奇數(shù)序號(hào)子載波設(shè)置為零。根據(jù)信道的時(shí)延擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)信道內(nèi)插的最優(yōu)化。因此，對(duì)于信道參數(shù)估計(jì)算法的研究是一項(xiàng)有重要意義的工作。在OFDM系統(tǒng)的相干檢測(cè)中需要對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，信道估計(jì)的精度將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。信道的盲估計(jì)在頻帶的利用率上要遠(yuǎn)高于半盲道估計(jì)和給予導(dǎo)頻的估計(jì)算法，而且能大大提高系統(tǒng)效率，但是在運(yùn)算的復(fù)雜程度上卻大大超過(guò)后者。二是既有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)。此外，無(wú)線(xiàn)信道不像有限信道那樣固定并可預(yù)見(jiàn)，而是具有很大的隨機(jī)性，導(dǎo)致接受信號(hào)的幅度、相位和頻率失真，很難進(jìn)行分析。當(dāng)信噪比高，不出現(xiàn)特殊情況的時(shí)候，這種噪聲的影響逐漸削弱，所以一般系統(tǒng)在越過(guò)信噪比門(mén)限的時(shí)候，誤碼率就會(huì)以較快的速度趨向零，再增大信噪比已經(jīng)不是很有意義對(duì)于高斯信道，噪聲的仿真可以通過(guò)信號(hào)的能量、信噪比得到，具體的做法是通過(guò)對(duì)基帶信號(hào)模擬頻帶傳輸?shù)姆抡?，可以通過(guò) （213） 算得噪聲的方差，這就可以產(chǎn)生一個(gè)零均值的，方差確定的高斯平穩(wěn)序列。換言之，相干時(shí)間就是指一段時(shí)間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)正向入射波方向移動(dòng)時(shí)，多普勒頻移為正，即移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)頻率會(huì)增加；如果背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)，即移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)頻率會(huì)減少。 信道的時(shí)變性是指信道傳遞函數(shù)是隨時(shí)間而變化的，即在不同時(shí)刻發(fā)送相同的信號(hào)，在接收端收到的信號(hào)是不相同的。由于移動(dòng)環(huán)境十分復(fù)雜，不同地理位置，不同時(shí)間所測(cè)量到的時(shí)延擴(kuò)展都可能是不同的，因此需要采用大量測(cè)量數(shù)據(jù)的物理平均。多普勒頻移則由于移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致接收信道的頻率發(fā)生變化 發(fā)射端發(fā)送一個(gè)窄脈沖信號(hào)，則在接收端可以收到多個(gè)窄脈沖，每一個(gè)窄脈沖的衰落和時(shí)延以及窄脈沖的個(gè)數(shù)是不同的。 小尺度衰落的主要表現(xiàn)為：發(fā)射信號(hào)在短距離或短時(shí)間傳播后得到的接收信號(hào)強(qiáng)度急劇地變化；在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移（Doppler Shifts）引起的隨機(jī)頻率調(diào)制；多徑傳播引起的時(shí)延擴(kuò)展。 無(wú)線(xiàn)信道的主要特征就是多徑傳播，即接收機(jī)所接收到的信號(hào)通過(guò)不同的直射、反射、折射等路徑到達(dá)接收機(jī)。但是在一般的蜂窩系統(tǒng)中由于小區(qū)的規(guī)模相對(duì)較小，所以這種大尺度衰落對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的影響并不需要單獨(dú)加以考慮。最簡(jiǎn)單的大尺度路徑損耗的模型可以表示為 （26）其中， pt表示本地發(fā)射信號(hào)功率，pr 表示接收功率， 是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離。大尺度衰落是指電波在自由空間內(nèi)的傳播損耗。在每個(gè)子載波的基礎(chǔ)上有估計(jì)到的 SINR 對(duì)軟判決進(jìn)行加權(quán)，即為狀態(tài)好的子信道分配較大的權(quán)值，為較差的子信道分配較小的權(quán)值。MMSE 算法要求能夠得知噪聲和干擾的統(tǒng)計(jì)特性，因此確定周?chē)h(huán)境時(shí)噪聲受限還是干擾受限，在適當(dāng)時(shí)間和頻段內(nèi)進(jìn)行平均得到精確的統(tǒng)計(jì)值是非常重要的。由于 MRC 與期望信號(hào)的空間簽名序列相匹配，而不是與干擾信號(hào)的空間簽名序列匹配，因此 MRC 具有潛在的抑制干擾的作用。由于多數(shù)空間均衡器都使用信道矩陣求逆，因此只有在接收天線(xiàn)的個(gè)數(shù)大于等于獨(dú)立發(fā)送信號(hào)的數(shù)量時(shí)才是可行的。這樣，可以把高速編碼數(shù)據(jù)流分割為一組相對(duì)速率較低的數(shù)據(jù)流，分別在不同的天線(xiàn)，對(duì)不同的數(shù)據(jù)流獨(dú)立編碼、調(diào)制和發(fā)送，但是使用相同的頻率和時(shí)隙。在線(xiàn)性預(yù)編碼中，根據(jù)慢變信道統(tǒng)計(jì)特性，把發(fā)送信號(hào)映射到多幅發(fā)送天線(xiàn)。在這種方案中，第二副天線(xiàn)是第一副天線(xiàn)的時(shí)延復(fù)本。此外，2副發(fā)送天線(xiàn)可以用于提高數(shù)據(jù)傳輸速率，即在特定信道條件下，通過(guò)2副天線(xiàn)向用戶(hù)發(fā)送獨(dú)立地?cái)?shù)據(jù)流，這種技術(shù)也被稱(chēng)作空間復(fù)用。MIMOOFDM系統(tǒng)使用兩種關(guān)鍵技術(shù)：多輸入多輸出（MIMO）天線(xiàn)和正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制。 可靠的信道估計(jì)要利用信道訓(xùn)練符號(hào)或者導(dǎo)頻符號(hào)。源數(shù)據(jù)信道編碼數(shù)字調(diào)制MIMO編碼OFDM調(diào)制0FDM調(diào)制OFDM調(diào)制數(shù)據(jù)接受同步同步OFDM解調(diào)OFDM解調(diào)同步OFDM解調(diào)ofdm解碼數(shù)字解調(diào)信道估計(jì) MIMOOFDM系統(tǒng)接收端。 MIMOOFDM 系統(tǒng)模型圖 給出了 MIMOOFDM 系統(tǒng)發(fā)送端框圖。這種信道容量的增加不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發(fā)射功率，因此是增加信道和系統(tǒng)容量的一種非常有效的手段。 MIMO 技術(shù)與 OFDM 技術(shù)相結(jié)合是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域智能天線(xiàn)技術(shù)的重大突破。同時(shí)，在 MIMOOFDM 系統(tǒng)中加入合適的數(shù)字信號(hào)處理的算法能更好地增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)線(xiàn)信號(hào)在復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)信道中傳播產(chǎn)生瑞利衰落，在不同空間位置上其衰落特性不同。分段線(xiàn)性插值和Cubic插值的性能要好于線(xiàn)性插值的方法。另外，還要考慮硬件性能的變化，如收發(fā)信機(jī)的振蕩頻率漂移和相位噪聲等。根據(jù)二維抽樣定理，能夠無(wú)失真恢復(fù)信道沖激響應(yīng)的抽樣率必須不小于信號(hào)帶寬的兩倍。因此，根據(jù)時(shí)頻對(duì)偶關(guān)系，通常系統(tǒng)中的碼間干擾（ISI）變成了OFDM系統(tǒng)中的子載波間干擾（ICI）。如圖 所示，圖中給出了相互覆蓋的各個(gè)子信道內(nèi)經(jīng)過(guò)矩形波形成型得到符號(hào)的 函數(shù)頻譜。OFDM 載波之間的正交性還可以從頻域的角度來(lái)解釋。其中，所有的子載波都具有相同的幅值和相位，但實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)的調(diào)制方式，每個(gè)子載波都有相同的幅值和相位是不可能的。 OFDM 的基本原理一個(gè) OFDM 符號(hào)由一組承載了某種 PSK 或者某種 QAM 調(diào)制信號(hào)的子載波疊加構(gòu)成。 通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力。由于 OFDM 系統(tǒng)把數(shù)據(jù)分散到許多個(gè)子載波上，大大降低了各子載波的符號(hào)速率，從而減弱多徑傳播的影響，若通過(guò)采用加循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的方法，甚至可以完全消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易 OFDM 的優(yōu)點(diǎn)OFDM 技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因?yàn)?OFDM 有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： 頻譜利用率很高。 OFDM 技術(shù) OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)實(shí)際上是MCM（MultiCarrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。該算法實(shí)際上是使用ZF算法加上干擾消除技術(shù)得到的。實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用增益的算法主要有貝爾實(shí)驗(yàn)室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。根據(jù)收發(fā)兩端天線(xiàn)數(shù)量，相對(duì)于普通的單輸入單輸出SISO（SingleInput SingleOutput）系統(tǒng)，MIMO系統(tǒng)還可以包括單輸入多輸出SIMO（SingleInput MultipleOutput）系統(tǒng)和多輸入單輸出MISO（MultipleInput SingleOutput）系統(tǒng)。第二章 MIMOOFDM系統(tǒng)眾所周知，在未來(lái)的寬帶無(wú)線(xiàn)通信中，存在兩個(gè)最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：多徑信道衰落和帶寬效率。第三章重點(diǎn)介紹了現(xiàn)有的基于導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)算法包括 LS 算法和線(xiàn)性最優(yōu)線(xiàn)性 MMSE 算法；以及盲信道估計(jì)算法和半盲信道估計(jì)算法。根據(jù) MIMOOFDM 系統(tǒng)中現(xiàn)有的信道估計(jì)算法，結(jié)合實(shí)際提出了若干改進(jìn)，并且對(duì)此進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析和實(shí)驗(yàn)，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果證明了算法的可行性和很好的收斂效果。在MIMOOFDM系統(tǒng)中，也有很多人致力于半盲道估計(jì)算法研究。在文獻(xiàn)中還給出了一種半盲GML算法，它采用了已知輸入符號(hào)的不精確模型?？梢愿鶕?jù)對(duì)未知輸入符號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)的利用程度對(duì)半盲道估計(jì)算法如下分類(lèi)?；诙A統(tǒng)計(jì)特性的盲方法由于僅僅需要計(jì)算自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)，因此計(jì)算量較小。第二類(lèi)是基于被傳輸信息符號(hào)的有限字符和其統(tǒng)計(jì)特性的盲信道估計(jì)方法。還有一種就是通過(guò)設(shè)計(jì)導(dǎo)頻和訓(xùn)練序列來(lái)降低算法的復(fù)雜度，提高估計(jì)性能，例如Han Zhan等人提出的導(dǎo)頻符號(hào)分析補(bǔ)償算法，有的在訓(xùn)練序列中進(jìn)行功率補(bǔ)償。 目前MIMOOFDM 信道估計(jì)的方法通常可以分為三類(lèi)： 第一類(lèi)是基于導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列的方法。MIMOOFDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)SISOOFDM統(tǒng)相比一個(gè)重要的不同在于滿(mǎn)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。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。信道估計(jì)是無(wú)線(xiàn)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)MIMOOFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)算法進(jìn)行研究和改進(jìn)，對(duì)MIMOOFDM系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展有著非同尋常的意義。MIMO技術(shù)充分開(kāi)發(fā)空間資源，利用多個(gè)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線(xiàn)發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。而且3G的核心網(wǎng)還沒(méi)有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)。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)。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話(huà)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。由于人類(lèi)社會(huì)生活對(duì)通信的需求越來(lái)越高，世界各國(guó)都在致力于現(xiàn)代通信技術(shù)的研究與開(kāi)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(lái)了移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展時(shí)期。從此碼分多址這種新的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。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)。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)。因此充分研究開(kāi)發(fā)這兩種技術(shù)的潛力，將兩者結(jié)合起來(lái)成為新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)的解決方案。由于在接收端，每個(gè)子載波的信號(hào)都是來(lái)自不同發(fā)射天線(xiàn)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。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)。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(lái)看這就轉(zhuǎn)化為在所有子載波上的空間信道矩陣。具體的參考文獻(xiàn)有由ik Schober等人提出的采用二維Winner濾波器自適應(yīng)跟蹤時(shí)變信道的算法、eder snazi等人提出的自適應(yīng)信道估計(jì)算法、線(xiàn)性高斯內(nèi)插估計(jì)方法、最大似然估計(jì)算法、最優(yōu)線(xiàn)性MMSE算法，由于LS算法估計(jì)效果不夠理想，MMSE算法又過(guò)于復(fù)雜，XiaoYang等人還提出了將MMSE和RLS算法相結(jié)合的算法。另外在接收端，要將整幀的信號(hào)接收后才能提取出訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，不可避免的帶來(lái)了時(shí)延?；诟唠A統(tǒng)計(jì)量的盲辨識(shí)方法計(jì)算量大，收斂慢，且需要大量的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于快速時(shí)變的通信信道它并不合適。 第三類(lèi)是同時(shí)利用盲道估計(jì)算法所用的信息和已知符號(hào)的信息來(lái)完成信道估計(jì)的半盲信道估計(jì)算法。將未知輸入符號(hào)作為高斯隨機(jī)變量來(lái)處理的半盲高斯最大似然（aussian Maximum Likelihood）也屬此類(lèi)。還有半盲統(tǒng)計(jì)ML(SML)算法也屬此種算法。 本文主要的研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 本文研究了基于MIMOOFDM 系統(tǒng)中自適應(yīng)信道估計(jì)算法。本章還介紹了瑞利衰落信道的特征，Jakes 模型和加性高斯白噪聲等重要概念。第五章是全文的總結(jié)和展望。 MIMO 系統(tǒng)MIMO系統(tǒng)即多入多出系統(tǒng)，MIMO技術(shù)最早是由Marconi于 1908 年提出的，它利用多天線(xiàn)來(lái)抑制信道衰落。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。目前性能和復(fù)雜度最優(yōu)的就是BLAST算法?？諘r(shí)碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時(shí)間分集，從而降低信道誤碼率。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。 抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強(qiáng)。即要求各子信道信息分配應(yīng)遵循信息論中的“注水定理”，亦即優(yōu)質(zhì)信道多傳送，較差信道少傳送，