MIMO-OFDM系统信道估计方法研究

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在未来无线移动通信中,对高速、多媒体数据业务的需求日益增长,需要高效的频谱利用率以及信道容量。正交频分复用(OFDM)是一种具有高频谱利用率的多载波调制技术,而采用多天线的MIMO (Multiple-input and multiple-output)技术可以大大提高系统的信道容量。MIMO-OFDM技术将MIMO和OFDM相结合,优势互补,成为未来无线通信中的核心技术之一。而在MIMO-OFDM系统中,接收端在进行信号的相干解调以及空时解码时都需要事先获知信道的状态信息,所以信道估计是MIMO-OFDM系统的关键技术之一。本文主要研究MIMO-OFDM系统中的各种信道估计技术,深入研究讨论了基于插入导频符号的信道估计方法。首先,本文简要论述了了OFDM、MIMO的技术背景和发展现状,分析了移动无线信道的多径时变特性,并且简要介绍了OFDM系统的基本原理及其优缺点、MIMO系统的基本原理、空时编码技术和信道容量以及MIMO-OFDM系统的基本思想和实现方法。其次,论述了SISO-OFDM系统中基于导频的信道估计方法。介绍了导频插入间隔以及常用的导频图样,并研究了导频处的频域和时域LS信道估计算法,LMMSE信道估计算法,基于Wiener滤波器的二维联合信道估计算法以及采用两个级联的一维Wiener滤波器进行信道估计的方法。对上述各种信道估计方法进行仿真并对其性能进行了分析比较。最后,在SISO-OFDM系统信道估计方法的基础上,研究了MIMO-OFDM系统中基于插入导频的信道估计技术,包括LS、LMMSE信道估计算法以及基于(?)Wiener滤波器的信道估计算法。将一种基于Wiener滤波器的二维联合信道估计方法成功应用在MIMO-OFDM系统中,通过仿真给出了此方法在不同多普勒频移条件下的性能,并与LS、LMMSE信道估计算法以及基于两个级联的一维Wiener滤波器的信道估计方法的的性能进行了对比分析。由仿真结果可知,当多普勒频移较大时,LS和LMMSE信道估计方法以及基于两个级联的一维Wiener滤波器的信道估计方法对信道的时频变化比较敏感,且信道变化越快,性能恶化越严重。而本文研究的基于Wiener(?)滤波器的二维联合信道估计方法在多普勒频移较大时仍然能够很好地跟踪信道的时频变化,表现出优异的性能,与一维信道估计方法相比,估计的更准确,更适用于快衰落信道。
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