【正文】 LS方法形式簡單,計算復(fù)雜度較低,在系統(tǒng)性能要求不高的環(huán)境中更具優(yōu)勢。如何獲得圖中所示的參考信號，對LS的性能影響很大。，其中T(0)表示訓(xùn)練符號，D表示數(shù)據(jù)符號。 大小為N的數(shù)據(jù)符號塊在發(fā)送天線段被發(fā)射，接收天線中每一個接收天線都對應(yīng)N+V1個非零抽樣輸出結(jié)果，參數(shù)v的大小為,信道延遲最大值由發(fā)送濾波器延遲，接受濾波延遲和物理信道延遲擴展這三部分組成。通過分析可以得出基于導(dǎo)頻序列的信道估計算法是最適合MIMOOFDM系統(tǒng)的技術(shù)，在提高通信系統(tǒng)的容量和可靠性方面有很大的潛力。發(fā)射信號的自相關(guān)矩陣為：,并且列滿秩。第一種是確定性算法，如SF算法、SRM算法、確定性ML算法、最小二乘平滑方法及雙邊線性預(yù)測方法。另外子空間算法必須要滿足一些嚴格的條件，例如：為了得到噪聲子空間，接收天線數(shù)目要大于發(fā)射天線。同樣利用了插入循環(huán)前綴引入的冗余。 盲信道估計在沒有導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列的情況下，借助通信系統(tǒng)或信號本身的冗余特性或已知信息，僅通過對接收信號進行處理從而得到信道狀態(tài)信息。具體的參考文獻有由ik Schober等人提出的采用二維Winner濾波器自適應(yīng)跟蹤時變信道的算法、eder snazi等人提出的自適應(yīng)信道估計算法、線性高斯內(nèi)插估計方法、最大似然估計算法、最優(yōu)線性MMSE算法，由于LS算法估計效果不夠理想，MMSE算法又過于復(fù)雜，XiaoYang等人還提出了將MMSE和RLS算法相結(jié)合的算法。無線信道并不像有線信道固定并可預(yù)見，而是具有很大的隨機性，這就對接收機的設(shè)計提出了很大的挑戰(zhàn)。當信噪比較低的時候，白噪聲對信道干擾的影響也就越凸現(xiàn)出來，由于高斯分布是不均勻的，誤碼是難以避免的。為了避免產(chǎn)生 ISI，應(yīng)該令符號寬度要遠遠大于無線信道的最大時延擴展，或者符號速率要小于最大時延擴展的倒數(shù)。如果為保證可靠接收，要求 ，其中 表示信噪比門限，則路徑損耗會為比特速率帶來限制 （28）可見，如果不采用其它特殊的技術(shù)，那么數(shù)據(jù)的符號速率以及電波的傳播范圍都會受到很大的限制。從而使得信號干擾噪聲比（SINR）。而另一種空時分組編碼憑借其簡單的線性譯碼，也得到廣泛的關(guān)注。估計信道矩陣使 MIMO 解碼器精確的解調(diào)出OFDM 符號。采用 MIMOOFDM 技術(shù)是一種有效的手段。因此，導(dǎo)頻的間隔由整個系統(tǒng)的多普勒頻移和功率延遲譜決定。而對其它載波來說，由于在積分間隔內(nèi)，頻率差別(i ? k)/T可以產(chǎn)生整數(shù)倍個周期，所以積分結(jié)果為零。 抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強。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。 本文主要的研究內(nèi)容及章節(jié)安排 本文研究了基于MIMOOFDM 系統(tǒng)中自適應(yīng)信道估計算法?；诟唠A統(tǒng)計量的盲辨識方法計算量大，收斂慢，且需要大量的數(shù)據(jù)，因此對于快速時變的通信信道它并不合適。在時域，應(yīng)用MMSE準則就可以得到臨近兩個的導(dǎo)頻符號間符號數(shù)據(jù)衰落數(shù)值的最好估計。盡管目前關(guān)于第三代移動通信系統(tǒng)的研究和標準化工作十分引人注目，但是目前第三代移動通信的方案實際只能是第二代移動通信方案的改進，算不上真正意義上的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。這些目前正在廣泛使用的數(shù)字移動通信系統(tǒng)是第二代移動通信系統(tǒng)。本論文提出新的一種使用頻分復(fù)用導(dǎo)頻的序列時域關(guān)聯(lián)估計的信道沖擊響應(yīng)信道估計算法。第二類是基于被傳輸信息符號的有限字符和其統(tǒng)計特性的盲信道估計方法。在MIMOOFDM系統(tǒng)中，也有很多人致力于半盲道估計算法研究。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對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)。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易 OFDM 的優(yōu)點OFDM 技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因為 OFDM 有很多獨特的優(yōu)點： 頻譜利用率很高。其中，所有的子載波都具有相同的幅值和相位，但實際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，每個子載波都有相同的幅值和相位是不可能的。根據(jù)二維抽樣定理，能夠無失真恢復(fù)信道沖激響應(yīng)的抽樣率必須不小于信號帶寬的兩倍。同時，在 MIMOOFDM 系統(tǒng)中加入合適的數(shù)字信號處理的算法能更好地增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。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 MIMOOFDM系統(tǒng)接收端。在這種方案中，第二副天線是第一副天線的時延復(fù)本。由于 MRC 與期望信號的空間簽名序列相匹配，而不是與干擾信號的空間簽名序列匹配，因此 MRC 具有潛在的抑制干擾的作用。最簡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)射信號功率，pr 表示接收功率， 是發(fā)射機和接收機之間的距離。多普勒頻移則由于移動臺的運動導(dǎo)致接收信道的頻率發(fā)生變化 發(fā)射端發(fā)送一個窄脈沖信號，則在接收端可以收到多個窄脈沖，每一個窄脈沖的衰落和時延以及窄脈沖的個數(shù)是不同的。換言之，相干時間就是指一段時間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個到達信號有很強的幅度相關(guān)性。信道的盲估計在頻帶的利用率上要遠高于半盲道估計和給予導(dǎo)頻的估計算法，而且能大大提高系統(tǒng)效率，但是在運算的復(fù)雜程度上卻大大超過后者。時隙可以按照如下方式構(gòu)成：在偶數(shù)序號子載波上發(fā)送數(shù)據(jù)與訓(xùn)練符號，而在奇數(shù)序號子載波設(shè)置為零。否則 （313）其中，是N點DFT矩陣的第行的前v個元素。子空間算法最先從單輸入多輸出系統(tǒng)中發(fā)展而來，它李永樂觀察矩陣的子空間結(jié)構(gòu)。由子空間的構(gòu)造方法和酉矩陣的性質(zhì)知，信號子空間與噪聲子空間正交。特別是由于引入了在不同子載波上發(fā)射信號的相關(guān)結(jié)構(gòu)，它可以防止在某些子載波上信道為零，而且對于信道階數(shù)的過估計不敏感。 (330)該定理將SISOOFDM系統(tǒng)的識別條件進行統(tǒng)一且推廣到MIMOOFDM系統(tǒng)中。因此p次迭代后可以提高矩陣的準確性的子空間分解法的估計性能。定義和為序列中最大的時滯和長度。天線頻率Ant 1Ant2AntFreq0T(0)00Freq10T(0)0Freq00T(0)DDDDDDFreqT(N/v)00FreqDDD表41MIMOOFDM系統(tǒng)的訓(xùn)練序列MIMOOFDM系統(tǒng)中的信道估計算法大都是基于頻域的矢量計算的，本論文通過導(dǎo)頻序列的設(shè)計將信道估計算法轉(zhuǎn)化為標量的運算，降低了計算復(fù)雜度。為了使算法能夠具有較好的穩(wěn)定性和魯棒性，且能夠在快速時變的信道環(huán)境下，較好的實現(xiàn)信道估計，本文引入一種二維遞歸最小二乘算法（LS）。 維納濾波器可以表示為在時刻k ，所有接收頻域符號和發(fā)送符號 Z(n,k)以及信道沖激響應(yīng)h(k)之間的關(guān)系式可以表示為 (435)其中 表示加性高斯白噪聲，假設(shè)每一個信道沖激響應(yīng)元素都是獨立特征分布的，那么瑞利衰落信道的時間相關(guān)函數(shù)可以定義為 (436)其中， m=m1+m2+1是信道估計使用的時長， ,假設(shè)是信道沖激響應(yīng)的權(quán)值的協(xié)方差矩陣，的組成元素表達式如下 (437)其中， 是一階貝賽爾函數(shù)，是最大多普勒頻移。這時可以只考慮中那些包含主要能量的部分,也就是大部分能量都存在于最先到達的一些徑中,即在循環(huán)前綴之內(nèi),而能量低的部分可以近似為零,這些假設(shè)在實際中也是合理的。 LS算法基本原理 LS算法在MIMOOFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用在單入單出OFDM系統(tǒng)中假設(shè)品與訓(xùn)練序列組成的大小為對角矩陣如下 （412）構(gòu)建，訓(xùn)練序列對應(yīng)的頻遇接收信號值為 （413）在時刻k，通過訓(xùn)練序列和相應(yīng)的接收序列，可以得到LS估計的頻域信道參數(shù)，通過離散傅里葉發(fā)變換可以求得信道沖激響應(yīng)表達式為,其中是v點DFT矩陣。而其它未發(fā)送導(dǎo)頻序列的子載波可以通過插零（zeropaded）的方法，所以頻域信道是離散時間信道沖擊響應(yīng)插零后的離散傅里葉變換。在這種假設(shè)下信道衰落矩陣在可以由標量衰落變量，在塊周期時間小于信道衰落的相干時間的前提下，這種假設(shè)是合理的。 MIMOOFDM 系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻的信道估計基本算法主要有 MMSE（最小均方誤差），LS（最小均方）和 RLS（遞歸最小均方）算法，但是這些算法在都存在著這樣那樣的不足，MMSE 算法雖然估計性能好，但是它的計算復(fù)雜度很高，導(dǎo)致接收機結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，在實際應(yīng)用中基本上是不可能實現(xiàn)的，LS 和 RLS 算法計算復(fù)雜度相對較低。其中，信號子空間為，噪聲子空間為.由于矩陣與信號子空間公用維數(shù)為的空間，且與噪聲子空間正交，因此可以得到以下的正交關(guān)系： （331）這里，定義了噪聲子空間的特征向量。在文獻中還給出了一種半盲GML算法，它采用了已知輸入符號的不精確模型。而基于預(yù)編碼的算法是解決這類問題的方法之一。v(k)是加性高斯噪聲，h 表示時域信道矩陣，和分別表示由 h 組成的下三角和上三角托普利茨矩陣。在介紹盲信道估計前先簡單介紹一下MIMOOFDM系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。這類方法的缺點就是訓(xùn)練序列占用了信息比特，降低了信道傳輸?shù)挠行?，浪費了帶寬。因此，信道參數(shù)估計是實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)。第三章 MIMOOFDM 信道估計技術(shù)信道估計是OFDM的重要技術(shù)組成部分，無線通信系統(tǒng)的性能主要受到無線信道的制約。當信號的頻率較高，信號帶寬超過無線信道的相干帶寬時，信號通過無線信道后各頻率分量的變化是不一樣的，引起信號波形的失真，造成符號間干擾，此時認為發(fā)生了頻率選擇性衰落。與多徑衰落相比，陰影衰落是一種宏觀衰落，是以較大的空間尺度來衡量的，其衰落特性符合對數(shù)正態(tài)分布，其中接收信號的局部場強中值變化的幅度取決于信號的頻率和障礙物狀況。則利用二階統(tǒng)計特性（協(xié)方差矩陣）得到干擾的空間結(jié)構(gòu)。初步測試表明：與時延分集或單一空時分組編碼相比，該組合方案分別可以獲得 2~3dB 的增益。 MIMOOFDM 系統(tǒng)的主要技術(shù) 多天線技術(shù)可以有效地改善容量及其性能，而且還可以顯著地提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和可靠性，使網(wǎng)絡(luò)適合互聯(lián)網(wǎng)和多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展。 MIMOOFDM 技術(shù)可以為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益，從而大大增加信道容量。典型的插值方法有線性插值、分段線性插值、Cubic插值和Winner插值等。因此，它的頻譜可以看作是周期為T 的矩形脈沖的頻譜與一組位于各個子載波頻率上的δ 函數(shù)的卷積。通過選取各子信道，每個符號的比特數(shù)以及分配給各子信道的功率使總比特率最大。ZF算法簡單容易實現(xiàn)，但是對信道的信噪比要求較高。第二章主要闡述了 MIMOOFDM 系統(tǒng)，分別概述了 MIMO 系統(tǒng)、OFDM 系統(tǒng)的基本原理、MIMO 和 OFDM 技術(shù)的結(jié)合以及本論文相關(guān)的MIMOOFDM 關(guān)鍵技術(shù)，并討論了無線信道的基本特征，重點介紹了大尺度衰落，陰影衰落和小尺度衰落，以及與多徑衰落相關(guān)的時延擴展和多普勒頻移等重要的概念?；谝浑A統(tǒng)計特性的辨識方法（隱含導(dǎo)頻）通過在發(fā)送信號上疊加周期訓(xùn)練序列，同樣節(jié)約了頻帶資源并且實現(xiàn)簡單，但是由于這種處理會增加發(fā)送功率，從而使MIMOOFDM系統(tǒng)的信道容量降低。接收機要完成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)，其實現(xiàn)的一個必要前提條件是需要對各組發(fā)送接收對之間的空間信道響應(yīng)有準確的估計。新一代移動通信的另一個特點是低成本。從八十年代開始，數(shù)字移動通信系統(tǒng)進入了發(fā)展和成熟時期，歐洲首先推出了全球移動通信系統(tǒng)（GSM），隨后美國和日本也相繼制定了各自的數(shù)字移動通信體制。 MIMOOFDM 系統(tǒng)信道估計的研究現(xiàn)狀 隨著對無線通信業(yè)務(wù)需求的不斷提升，人們越來越關(guān)注對后3G(B3G)移動通信系統(tǒng)的研究。基于導(dǎo)頻訓(xùn)練序列的信道估計方法性能好，簡單且易于實現(xiàn)，應(yīng)用廣泛，幾乎可以用于所有的無線通信系統(tǒng)。第三種是利用數(shù)據(jù)的二階或者高階統(tǒng)計量的半盲道估計算法。OFDM 通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠教剐诺?，從而減少了多徑信道的影響，而 MIMO 技術(shù)能夠在空間中產(chǎn)生獨立的并行信道同時傳輸多路數(shù)據(jù)流，有效的增加了系統(tǒng)的傳輸速率，即由 MIMO提供的空間復(fù)用技術(shù)能夠在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率，所以如果將這兩種技術(shù)相結(jié)合能使系統(tǒng)具有很高的傳輸效率和很強的可靠性。其主要思想是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。設(shè) N 表示子載波個數(shù)，T 表示 OFDM 符號的寬度， 是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號，是第 0 個子載波的載波頻率，則從t = ts開始的 OFDM 符號可以表示為 (21)在多數(shù)文獻中，通常用富等消極帶信號來描述OFDM的輸出信號 (22)其中， 的實部和虛部分別對應(yīng)于 OFDM 符號的同相和正交分量，在實際中可以分別與相應(yīng)子載波的正弦分量和余