【正文】 ............................................................................................ 22 導頻位置信道估計 ................................................................................................................ 22 內(nèi)插濾波方法 .......................................................................................................................... 23 算法仿真 .................................................................................................................................... 25 本章小結(jié) ........................................................... 26 第五章 總結(jié)與展望 ............................................................................................................................................. 27 論文工作總結(jié) ....................................................... 27 進一步的研究工作 ................................................... 28 參考文獻 ................................................................................................................................................................... 29 致謝 ............................................................................................................................................................................. 30 附錄 ：程序源代碼 ............................................................................................................................................... 31 附件 1 開題報告 附件 2 英文翻譯原文及譯文 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 1 頁 共 42 頁 第一章 緒 論 本章將簡要回顧移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程，展望未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，透過這一發(fā)展過程，分析揭示未來移動通信中無線傳輸技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)，提出本課題的主要研究任務(wù)和意義，同時給出本文的主要工作及內(nèi)容安排。以上兩個特點決定了它特有的應(yīng)用價值和特殊的技術(shù)難度。 移動通信的發(fā)展歷史 在很長一段時間內(nèi)，除了越洋電報等郵政業(yè)務(wù)以外，無線通信只存在于交通、公共安全、軍事通信等專業(yè)性極強的應(yīng)用領(lǐng)域。 第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)（ 1G）是基于模擬通信技術(shù)的，模擬調(diào)頻（ FM）加上頻分多址接入（ FDMA）是它的技術(shù)要點。 隨著數(shù)字信號處理與大規(guī)模集成電路技術(shù)的長足發(fā)展，移動通信技術(shù)很快的進入數(shù)字化，它在關(guān)鍵的空中接口環(huán)節(jié)上采用了一系列的數(shù)字信號處理技術(shù)，其中包括信源壓縮編碼、數(shù)字加密、信道編碼、數(shù)字調(diào)制等；此外，在多址方式上，采用了更加靈活、高效的時分多址（ TDMA）和碼分多址接入（ CDMA）技術(shù)；在業(yè)務(wù)上，除了移動電話外， 還支持最大速率不超過 的窄帶數(shù)據(jù)傳輸。 隨著計算機的大量應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)在現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)中的比例逐年上升。作為一個近期目標，第三代移動通信（ 3G）及其所提供的多媒體業(yè)務(wù)即將走入人們的生活。 毋庸 置 疑 ，無線傳輸技術(shù)（ RTT） 是 第 三 代移動通信系統(tǒng)中最 重 要的 組成部 分， 也是世 界 各國 、 各 地 區(qū)為 形 成未來 通信 體 制而展開 爭 論的 焦點 。 根 據(jù) ITU 的一 般 要 求 和 目標 ， 世 界 各國 、各 地 區(qū)組 織 對第 三 代移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)進行了廣泛而 持 久 的研究，并提出了多種技術(shù)方 案 ， 逐 步形 成 了 被 國際 社會認 可的 三個 主要 標 準 ： WCDMA、 CDMA2020 和TDSCDMA。要 達 到 上述要 求 ， 必須 開發(fā)與 之 配套 的一系列 新 技術(shù)， 包括 最 為 關(guān)鍵的高速無線傳 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 3 頁 共 42 頁 輸技術(shù)。 新一代移動通信系統(tǒng)給無線傳輸技術(shù)提出的主要 難 題 是 ： （ 1） 如何 大幅度的提高頻 譜 效率 ； （ 2） 如何 實現(xiàn) 高 達 幾 十 到 幾 百 Mbps 的 峰 值 無線 數(shù)據(jù) 傳輸。 正交頻分復用（ OFDM）在頻域 把 信道分 成 若 干正交 子 信道，頻 譜 相 互重 疊 ， 減少了 子 信道間干擾（ ICI），提高了頻 譜利 用率。 此外 ，通過在 OFDM 中 添 加 循 環(huán)前 綴 （ CP）進一步 增 強其 抗多徑衰落的能 力 。 多輸入多輸出 (MIMO)[3][4]技術(shù) 不 但 可以 成 倍 地提高衰落信道 下 的系統(tǒng)容量，而 且如果 進一步將 其 與信道編碼技術(shù)相結(jié)合，可以大大提高通信系統(tǒng)的性能。 但 是 ， 現(xiàn) 有的空時編碼理論大 都 基于 平坦 衰落信道，而在 實際 當 中，大多 數(shù) 無線通信 環(huán) 境 都屬 于 快 衰落 情況 ， 即 信道 非平坦 ， 此 時系統(tǒng)的性能 會急劇 下 降 ，這 就使得 空時碼在 未來寬帶 移動通信中的應(yīng)用 受 到極 大的 限 制。 由 于合并了 OFDM 技術(shù)，頻率 選擇 性衰落信道 轉(zhuǎn) 化 為 若 干并行 平 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 4 頁 共 42 頁 坦 衰落 子 信道，這 樣 的系統(tǒng) 不 但 具 有空時編碼 帶來 的分 集 增 益 和編碼 增 益 ， 同 時 兼得OFDM 接 收 機 均衡器 結(jié)構(gòu)簡 單 的 優(yōu) 點 。 MIMOOFDM 技術(shù) [6]將空間分 集 、頻率分 集 以及時間分 集 有機地結(jié)合在一起，可以大大提高無線通信中的信道容量和傳輸速率，并能有效的抵抗衰落、抑制干擾和噪聲。 因 此 ，信道 估計 是 MIMOOFDM 系統(tǒng) 接 收 機設(shè)計的一 項 主要任務(wù)。開放的無線傳輸環(huán)境造成了無線信道的復雜性。MIMOOFDM 技術(shù)在實際應(yīng)用中，為了提高系統(tǒng)的頻譜利用率， OFDM 系統(tǒng)需要采用幅度非恒定的調(diào)制方式，例如 M 元正交幅度調(diào)制（ MQAM），這種情況下，接收機需要知道信道狀態(tài)信息（ Channel State Information, CSI）進行相干解調(diào)，即使對于正交相移鍵控 （ Quadrature Phase Shift Keying, QPSK）這樣幅度恒定的調(diào)制方式，利用 CSI 進行相干解調(diào)要比差分解調(diào)提高系統(tǒng)的性能 3～ 4dB，接收端需要信道狀態(tài)信息 CSI 才能進行相干解調(diào)，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。 獲取信道狀態(tài)信息，是調(diào)整發(fā)射功率、提高信噪比和對抗信道衰落的主要途徑，而獲取方法是在接收均衡時，對信道狀態(tài)信息進行估計。經(jīng)研究表明，上述算法在 OFDM 系統(tǒng)中均能獲得較好的性能；而 MIMO 系統(tǒng)的信道估計能夠估計出天線間并行空間信道的信道矩陣，以此來抵消來自其它天線對之間的干擾。 在 MIMOOFDM 的估計算法中，盲信道估計雖然節(jié)省了頻帶資源，但其需要在接收端對接收信號進行復雜的數(shù)學運算，算法的運算量一般都很大，因此并不適合應(yīng)用于對時延要求比較高的實時系統(tǒng)。但是當 MIMOOFDM 系統(tǒng)的訓練序列非方陣的時候，不能使用奇異值分解（ SVD）的技術(shù)對 LMMSE 算法進行低階近似 。并通過理論推導和計算機仿真的結(jié)合，驗證算法的可行性。 同 時 分析了無線信道的 傳輸特性和衰落特征 ， 指出信道估計 是保 證 系統(tǒng)傳輸 質(zhì) 量，發(fā) 揮 其 優(yōu) 越 性的關(guān)鍵 所 在。 本論文共分四章，結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章主要概述本課題的研究背景、介紹本課題的研究內(nèi)容和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并給出本課題所完成的主要工作和論文的結(jié)構(gòu)安排。 第三章主要分析了 無線信道的 傳輸特性和衰落特征 ，介紹了無線信道中的 Doppler 效應(yīng)和多徑效應(yīng)；還介紹了 MIMO 無線信道模型理論，包括它的相關(guān)模型以及對 MIMO 相關(guān)信道的仿真。 第 五 章總結(jié)全文內(nèi)容，提出了本課題有 待 于進一步深入研究的 問 題，并展 望 該 領(lǐng) 域的研究發(fā)展 趨勢 。 OFDM 技術(shù)可以提高頻帶利用率，具有較強的抗頻率選擇性衰落。 OFDM 基本原理 OFDM(正交頻 分復用 )[7][8]是 一種多載波的調(diào)制方式，基本思想是 將信 道 分成若干 個正交子信道，將高速數(shù)據(jù) 流轉(zhuǎn)換 成 若干 并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。 OFDM 系統(tǒng)基本模型框圖如圖 所示： 圖 OFDM 系統(tǒng)基本模型框圖 對于 OFDM 系 統(tǒng)而言， 在發(fā)射端，首先對比特流進 行 QAM 或 QPSK 調(diào)制，然 0d 0jwte 0jwte? ^0d 1d 1jwte 1jwte? ^1d 1Nd? 1Njwte ? 1Njw te ?? ^1Nd? 串 /并 + 并 /串 積分 信道 積分 積分 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 8 頁 共 42 頁 后依次經(jīng) 過串并變換 和 IFFT 變換，再將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，加上保護間隔（又稱 “循環(huán)前綴 ”），形成 OFDM 碼元 。 當接收機檢測到信號到達時，首先進行同步和信道估計。對該數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的解調(diào)，就可得到比特流。 MIMO 技術(shù)的實質(zhì)是為系統(tǒng)提供了空間復用增益和空間分集增益。 MIMO 技術(shù)的關(guān) 鍵 [9]是能夠 將傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑影響因素變成對用戶通信性能有利的增加因 素，它有效地利用了隨機衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高數(shù)據(jù)傳輸速率，它的成功之處在于它能夠在不額外增加所占用的信號帶寬的前提下帶來無線通信性能上幾個數(shù)量級的改善。 MIMO 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單示意圖如圖 所示： 基于插值的 MIMOOFDM無線信道估計方法的研究 第 9 頁 共 42 頁 圖 MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單示意圖 對于一個信道為獨立瑞利衰落，發(fā)射天線個數(shù)為 M，接收天線個數(shù)為 N 的 MIMO 系統(tǒng)，在收發(fā)天線之間形成 N M 階信 道矩陣 H ，在某一時刻 t，信道矩陣為 : 121 1 1 2 12 1 2 2 2......... ... ... ......N N N MMMh h hH h h hh h h????????? (21) 其中， hij 是從第 j 個發(fā)射天線到第 i 個接收天線間的瑞利衰落系數(shù)。當 M ， N 很大時，信道容量 C 可以近似為： ? ? 2m i n , l o g ( / 2 )C M N ?? (23) 由此得出，和