Massive MIMO系统信道估计算法研究及实现

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在无线通信系统中,接收端准确获取信道状态信息对后续相干解调起着重要的作用,大规模多输入多输出正交频分复用(Massive MIMO-OFDM)系统部署大量的天线阵列,因此系统具有更大的分集和复用增益,是第五代通信系统(5G)的关键技术。然而传统的基于导频的信道估计算法需要的导频序列长度与天线数目成正比,随着天线数数目的增长,导频开销增大,信道估计算法复杂度也增大。本文针对Massive MIMO-OFDM系统中信道估计的导频开销大和计算复杂度高的问题,结合压缩感知理论进行信道估计。本文首先针对Massive MIMO-OFDM系统信道估计算法进行了研究。论文开篇阐述了课题的研究背景和意义,并分析国内外研究现状,对传统信道估计算法和基于压缩感知信道估计算法进行了归纳和总结。本文在详细介绍无线通信信道特征、传统导频设计、传统信道估计算法和压缩感知理论的基础上,对基于遗传算法的导频设计算法进行优化,分析了基于正交匹配追踪(OMP)的信道估计算法,并结合系统信道的空间相关性,对基于OMP信道估计算法进行改进得到基于块稀疏正交匹配追踪(BOMP)信道估计算法和基于块稀疏的自适应正交匹配追踪(ASBOMP)信道估计算法。并对三种算法进行仿真对比和复杂度分析,确定采用基于BOMP信道估计算法进行FPGA硬件实现。本文的另一研究重点是基于FPGA的BOMP信道估计算法实现。论文首先系统介绍了基于BOMP信道估计算法的外部接口和整体架构,之后详细介绍每个模块的外部接口、模块架构和内部时序。最后,使用Vivado Simulator和MATLAB搭建仿真平台,对各个模块进行功能验证,并给出整个系统的资源消耗和时序报告。
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