MIMO-OFDM信道估计及相关衰落信道STBC分集研究

【摘要】：近年研究表明 MIMO(Multi-Input Multi-Output)技术能显著增加信道容量 提高 频谱效率 OFDM OrthogongalFrequency Division Multiplexing 以其简易的调制解 调方式和均衡处理等优势受到广泛地关注 MIMO-OFDM 技术的结合 作为 B3G Beyond 3 Generation 物理层传输技术之一 能够对抗衰落 适应高信道容量 高 比特信息速率等宽带多媒体应用地需求 为提高 MIMO-OFDM 系统的性能 科研工 作者正从多个研究方向 如同步 均衡 信源信道编码 多用户干扰抵消 空时信道 等多方面作深入研究 其中 对多天线无线信道本身的研究 作为与有线通信的重要 区别 是移动通信中相当重要且非常复杂的课题 接收机信号的恢复 收发策略的确 定 以及无线资源的分配均需要信道信息作为支持 本文从系统设计的角度 以无线 信道为核心 重点研究了 MIMO-OFDM 信道估计 多天线相关衰落信道特征对性能 的影响 以及无线资源优化分配策略等问题 论文首先从系统设计的角度 根据最小 MSE 原则,推导出一种基于 MIMO-OFDM 多 发射天线优化的导频值插入方法 并对现有 FFT 信道估计方法进行改进 获取一种更 为健壮的频域分集时域合并(FDTC)的信道估计处理方法 与现有 802.16 中导频交替 传输方法相比 这种优化的导频值能均布于各发射天线所有的发射时段 尤其在时变 信道中 具有更小的估计误差和更好的健壮性 与这种导频相结合 我们改进的相位 补偿 FDTC 估计方法 在同步精度不高时 通过相位补偿 能够校正符号偏移引入的 相位旋转 与现有的变换域方法相比 能够有效的避免系统设计中零边带所引入的矩 形加窗的干扰 防止时域信号受 Sinc()函数影响导致的能量混叠与泄漏 提高估计的 精度 论文接着将 MIMO-OFDM 与 STBC Space-Time Block Coding 编码结合进行深入 分析 在多天线发射分集系统中 由于各天线发射不同的信号 因此难以对系统性能 进行高效分析 本文根据 STBC 编码内在联系 提出一种简化与 MIMO 等效的 SISO(Single Input Single Output)模型 极大地简化了系统分析的复杂度 并以该 II WP=5 SISO 模型为基础 分析了训练序列与数据信息流之间功率分配优化策略 通常为获取 更为精确的信道估计 可采取增大导频点功率的方法 另一方面 为获取数据点的正 确解码 通常采用增大数据点功率的方法 因此 导频点与数据点二者功率同时增大 就导致与总发射功率恒定之间的矛盾关系 本文在发射总功率恒定的条件下 根据接 收端最大 SNR 的原则 合理地分配数据与训练序列的功率 提高通信系统的性能 该 分配策略对未来自适应链路降低功耗 提高频谱效率 优化功率资源分配等方面将发 挥重要作用 此外 基于等效 SISO 模型 考虑到 STBC 编码实部与虚部独立特性 我们考虑将 对应星座中符号的实部与虚部独立解码 与 Tarokh 所提出的 ML 算法相比 将解码搜 索运算量从2b 降低为2b 降低了运算复杂度 尤其在高阶调制中 简化方法能显著 提高系统效率 论文最后对多天线相关衰落信道作深入研究 并提出一种自适应的 OFDMA 方法 在已往的 MIMO-OFDM 研究中 通常假定多天线信道间是独立的 然而 这种假设在实 际系统中是不成立的 多天线信道由于受到信道中散射物位置等因素的影响 信道间 是衰落相关的 本文基于信道容量的基本特性分析了信道子空间上功率资源的优化分 配 从容量最大化与误码率最低两方面分析了子信道功率加载策略 分析了相关衰落 信道中 已知与未知信道特性时,STBC 编码所能获取的分集增益 论文最后在收发两 端已知信道特性的条件下 提出一种发送接收联合波束成型的自适应链路方法 得出 接收机性能与相关信道矩阵最大特征值之间对应的特性关系 结合多用户 OFDM 子载 波资源分配中 不同用户在同一子载波上衰落不同的特性 提出一种自适应的 OFDMA 方法 与传统的多址方式相比 能够充分利用空间的分集特性