【正文】 度低，并且能獲得最大的分集增益，但是它不能提供任何實質上的編碼增益。由于格碼的最佳譯碼為 Viterbi QPSK/QAM解調 M 調制 空時 編碼 FFT FFT FFT 并 /串 并 /串 并 /串 GI GI GI 循環(huán) 前綴 循環(huán) 前綴 循環(huán) 前綴 信道估計 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 12 頁 共 42 頁 譯 碼，當天線數(shù)目固定時，它的編譯碼復雜度隨發(fā)射速率的增大而指數(shù)增加，這時接收機的結構就會變得復雜而難以實現(xiàn)，這是它的最大缺陷。 按照空時碼編碼方式的不同它可以分為空時格碼 OFDM 和空時塊碼 OFDM?？諘r編碼能夠充分利用空間、時間上的分集，因此將空時編碼與 OFDM 相結合構成空時編碼 OFDM 系統(tǒng)，能夠大幅度地提高系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗衰落、抑制噪聲和干擾。 其次 是 空時編碼 OFDM 系統(tǒng)，即 OFDM 與基于發(fā)射分集的空時碼的結合。將 FFT 變換后的頻域信號進行信道估計，并將其結果一邊進行頻偏和定時跟蹤，一邊用于將信號解調后的信號進行空時解碼，最后便可經(jīng)過解調恢復原有的數(shù)據(jù)。如果發(fā)送接收天線之間的每個信道是互相獨立的，則這些發(fā)送信號所經(jīng)歷的信道衰落也是不同的。 。 M 個并行 1 … … … i ... … … 。信號經(jīng)過 IFFT 變換后，頻域信號轉變成了時域信號，再經(jīng)過并串變換、添加保護間隔、加入循環(huán)前綴等步驟，再將形成的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過成型濾波器（用以成型）、 D/A 轉換器（數(shù)模轉換），然后上變頻 到一定的發(fā)射頻率后發(fā)送出去。 MIMOOFDM 系統(tǒng)的理論框架如圖 ()﹑ ()所示： 圖 MIMOOFDM 系統(tǒng)發(fā)射端系統(tǒng)框圖 在發(fā)送端：信息數(shù)據(jù)經(jīng)過信源編 碼之后變成數(shù)據(jù)比特流，先經(jīng)過 QAM 或者 QPSK調制，再通過串行方式，進入空時編碼器進行空時編碼；然后此信息流就會變成 M 路并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流，并且每條線路的低速數(shù)據(jù)流分別對應一個發(fā)射天線。 使用 MIMO 技術可以提高信道的容量，而且也可以提高信道的可靠性，減少錯誤 1()xt 11h 好 1()yt 2()xt 2()yt …… . …… . 1Mh 1Nh ()Mxt NMh ()Nyt M 個發(fā)射天線 信道散射環(huán)境 N 個接收天線 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 10 頁 共 42 頁 率。則系統(tǒng)容量為： 2l og de t ( / )HNC I H H bp s H zM????????? (22) 其中， ? 是接收端平均 信噪比。 系統(tǒng)容量指通信系統(tǒng)在一定信噪比條件下所能達到的最大傳輸速率，是衡量通信系統(tǒng)的重要指標之一?？臻g復用就是使用多天線系統(tǒng)，使每副發(fā)射天線發(fā)送的信號都與其它發(fā)射天線發(fā)送的信號有微小區(qū)別，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一信道中，同時傳輸多路信號，從而使得系統(tǒng)容量大為提高。 MIMO 的基本原理 MIMO 是指信號系統(tǒng)發(fā)射端和接收端，分別使用了多個發(fā)射天線和接收天線，因而該技術被稱為多發(fā)送天線和多接收天線 (簡稱多入多出 )技術，它可看著是分集技術的一種衍生。當完成 時間同步 、小數(shù)倍頻偏估計和糾正后，經(jīng)過 FFT 變換，進行整數(shù)倍頻偏估計和糾正，此時得到的數(shù)據(jù)是 QAM 或 QPSK 的已調數(shù)據(jù)。在組幀時，須加 入同步 序列 和信道估計序列，以便接收端進行突發(fā)檢測、同步和信道估計，最后輸出正交的 基帶信號 。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。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI 。而將兩者結合而成的 MIMOOFDM 系統(tǒng)則可以融合兩種技術的優(yōu)點， 具有廣闊應用前景 。 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 7 頁 共 42 頁 第二章 MIMOOFDM 系統(tǒng)的基本原理 MIMO 技術可以 成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。 第 四 章 圍繞 MIMOOFDM 系統(tǒng)中基于導頻符號的信道估計方法，首先簡要描述了一種采用的系統(tǒng)模型，分析了導頻形式的選擇準則，在此基礎上研究了 MIMOOFDM 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 6 頁 共 42 頁 系統(tǒng)中的梳狀導頻信道估計，并分別對線性內插信道估計算法進行了計算機仿真， 驗證了算法有效性。 第二章主要討論 MIMOOFDM 系統(tǒng)的基本原理，包括 OFDM 技術的基本原理； MIMO 技術的基本原理；以及 MIMOOFDM 的系統(tǒng)結構和系統(tǒng)原理。 其次， 針 對 采 用 連 續(xù) 傳輸方式的 MIMOOFDM 系統(tǒng)，全面分析了基于導頻符號的信道估計方法， 討 論了導頻形式的 選擇準則 ， 重點 研究了梳狀導頻估計算法 ， 并結合計算機仿真 驗證 了 線性內插信道估計 算法的有效性， 同 時對 線性內插 的 適用范圍和 性能進行了分析。 主要工作如下： 首先， 深入分析了 MIMOOFDM 技術在 國 內 外 的最 新 研究 成 果 ，總結出該技術 領域的兩大研究方 向 ， 即 基于 OFDM 的空間復用和空時編碼 OFDM， 然 后分 別 討 論了它們的基本原理。 本課題主要完成的工作和結構安排 論文圍繞 MIMOOFDM 系統(tǒng)的信道估計技術展開分析和研究，重點研究基于 插值的信道估計算法。 已有的 MIMOOFDM 系統(tǒng)的信道估計算法有 LS， LMMSE 和簡化低階 LMMSE 算法。但是 OFDM 系統(tǒng)和 MIMO 系統(tǒng)的估計算法并不適用于 MIMOOFDM 系統(tǒng)，這是因為 MIMOOFDM 系統(tǒng)采用多個發(fā)射接收天線，其接收信號是多個發(fā)射天線發(fā)送信號的衰落與加性噪聲的疊加，若采用 OFDM 的估計算法估計信道，對于某個特定的發(fā)射接收天線對，來自于其它天線的信號即為干 擾，信號噪聲功率比常常在 0dB 以下，從而帶來很大的估計誤差，導致系統(tǒng)性能急劇下降；同時，單獨的 MIMO 系統(tǒng)的信道估計只能夠得到天線間的信道信息，并不能估計出 OFDM 符號在不同頻響處的響 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 5 頁 共 42 頁 應，并不利于 OFDM 符號的解調。 有關 OFDM 系統(tǒng)中的信道估計己有較多的研究，通?？梢苑譃榉敲す烙嫹椒ê兔す烙嫹椒▋煞N。因此，信道估計是 MIMOOFDM 系統(tǒng)接收機設計的一項主要任務。對無線信道特征的掌握和了解，包括對無線信道的表征和描述、對無線信道參數(shù)的估計和預測、對無線信道與新技術結合課題的研究，顯得越來越重要。 無線信道的模型和估計算法研究是移動通信的經(jīng)典課題。在 實際 應用中， 為 了進一步提高系統(tǒng)的頻 譜 效率， MIMOOFDM 系統(tǒng)通 常采 用幅度 非恒 定 的 調 制方式， 例 如 16QAM 等 ，在這種 情況 下 ， 接 收 端 需 要信道狀 態(tài) 信息 CSI 才 能進行相干 解調 ， 另 外 ，空時編碼的 譯 碼 也 需 要有 精確 的信道狀 態(tài) 信息 才 能 完 成 。從而在 未來 的 寬帶 無線 接 入 領 域中 采 用MIMOOFDM 技術 成為 了一種發(fā)展的 必 然 和技術的關鍵。 自 從 1996 年文 獻 [5]首 次 提出將OFDM 與空時編碼相結合（ 稱 為 MIMOOFDM）以 來 ， MIMOOFDM 技術 很快 引起了通信界的廣泛關注。空時編碼技術正 是 在 此 基礎上發(fā)展起 來 的一種 新 的編碼和信號 處 理技術，它將信道編碼技術與 陣 列 處理技術相結合，大幅度地提高無線通信中的系統(tǒng)容量和傳輸速率， 為解決 無線信 道的 帶寬問 題提 供 了一 條新 的 途 徑。 OFDM 技術 以 其 抗多徑能 力 強 ，頻 譜利 用率高 等 優(yōu) 點 在 實際 中 得到 了廣泛的應用， 如 ： HDSL、 ADSL、 DAB 和 DVB，無線 局 域 網(wǎng) 和 HIPERLAN2，以及無線 城 域 網(wǎng) 等等 。 同 時， 由 于在 每 個 子 信道上信號 帶寬 小于信道 帶寬 ， 盡管 總的信道 非平坦 ， 即具 有頻率 選擇 性， 但 是 每 個 子 信道 是 相對 平坦 的，從而大大 減少 了符號間干擾（ ISI）。 正交頻分復用（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）和多輸入多輸出（ Multiple Input and Multiple Output， MIMO）以 其 有效的抗衰落特性和高的頻 譜 效率受 到 了 人 們廣泛的關注，而將兩者相 結合構 成 的 MIMOOFDM 系統(tǒng)，在技術上相 互補充 、相 得益 彰 ， 使之成為實現(xiàn) 無線信道高速 數(shù)據(jù) 傳輸[1][2]最 具 希 望 的 解決 方 案 之 一， 具有 非 常 廣 闊 的研究和發(fā)展 前 景。 技術現(xiàn)狀與 意義 眾所 周知 ，無線移動通信系統(tǒng)的最大技術 瓶頸 在于空中 接口 ， 即 無線傳輸技術。 第 四 代移動通信系統(tǒng)（ 4G）在業(yè)務上、 功 能上、頻 帶 上 都 將 不同 于第 三 代系統(tǒng)，它可 稱 為寬帶接 入（ Broadband Access）和分布 網(wǎng)絡 ， 具 有 非 對 稱 的 超 過 2Mbps 的 數(shù)據(jù) 傳輸能 力 ， 其 主要的指 標 有： 為 用 戶終端 提 供 高 達 幾 十 到 上 百 Mbps 的 峰 值 無線 數(shù)據(jù) 傳輸速率， 支持包括 高速 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)下載 、高 質 量 視 頻 點播 在內的 各 種 媒體 傳輸業(yè)務， 使之成為 真正意義上的 寬帶多 媒體 無線移動通信系統(tǒng) ； 與 INTERNET 技術高度結合，相 互補充 、相 得益 彰 ， 使之成為 一 個具 有 強 大 生 命力 和廣 闊 市場前 景的無線移動通信系統(tǒng) ； 開發(fā) 新 頻 段 并大幅度提高無線傳輸技術的頻 譜 效率， 滿 足 大容量無線移動通信的 需求 。無線傳輸技術主要 包括 多址 技術、 調 制技術、信道編碼及交 織 、 雙 工技術、 物 理信道結構與復用、 幀 結構、無線資 源 分 配 與 鏈路 控 制、 RF 信道 參 數(shù) 設置 等等 。 國際電聯(lián)（ ITU）對第三代移動通信系 統(tǒng)的總體 要 求都體現(xiàn) 在 IMT2020 上，概 括地 講 ，有以 下 特 點 ： （ 1） 占 用 更 高的頻 段 （ 2GHz）和 更 大的 帶寬 （ 5MHz） ； （ 2） 支持更 高速率的多 媒體 業(yè)務： 話音 、 數(shù)據(jù) 傳輸、無線 互聯(lián)網(wǎng)接 入、 運 動 圖像 傳輸 等； （ 3） 支持更 高速率的 數(shù)據(jù) 傳輸 ；室 內 2Mbps、 室外 步行 384Kbps、 室外 高速移動144Kbps； 與第二代移動通信 網(wǎng)兼 容 ； （ 4） 具 有 更 高的頻 譜利 用率及 更 高的系