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无线MIMO系统中的信道估计与迭代检测技术研究

耿欣  
【摘要】:以信道估计(含导频设计)与迭代检测技术为重要代表的下一代宽带无线MIMO通信系统关键物理层技术是无线通信领域热点研究方向之一。一方面,受无线MIMO信道的空间相关性、时间相关性以及各种衰落等因素的影响,信道估计(含导频设计)与迭代检测技术的性能受到了不同程度的恶化,导致无线MIMO系统的可靠性不能得到保证、高频谱效率特性不能得到充分开发利用,从而使其发展和应用受到了限制;另一方面,则可通过进一步完善、优化设计无线MIMO系统的信道估计(含导频设计)与迭代检测技术,实现系统性能、容量的整体提升,推动下一代宽带无线MIMO通信系统—MIMO OFDM系统的深入研究、发展与应用。 本论文以无线MIMO系统为研究背景,紧紧围绕实际无线MIMO信道环境特点与MIMO OFDM系统无线链路传输架构、自身设计要求,在分析、挖掘当前MIMO OFDM系统基带传输关键技术中存在若干问题的基础上,认真探索研究了导频设计技术、基于导频辅助的信道估计技术与迭代检测技术对MIMO OFDM系统无线链路传输性能的提升作用。具体而言,本论文的工作可概括为以下四个方面: 1.针对MIMO信道空间相关性在导频优化设计中的作用影响,考虑在导频优化设计中充分引入空间相关性,提出了一种MIMO OFDM系统中基于空间相关性的最优导频序列,推导分析了该最优导频序列的结构形式,数值分析比较了在各种空间相关性条件下该最优导频序列与其它导频序列的信道互信息性能。 2.为进一步增强导频优化设计对信道估计性能的提升作用,将多目标准则联合优化思想应用到导频设计中,提出了一种MIMO OFDM系统中基于多准则导频优化设计的频域LMMSE信道估计器,推导获取了该最优导频序列结构的闭式解,数值分析了该最优导频序列的导频开销、峰均比以及相应的信道估计性能。针对部分负载MIMO OFDM系统中由于虚子载波存在所引起的信道估计性能恶化问题,提出了一种基于均匀型导频优化设计的时域LS信道估计器,推导获取了该均匀型导频子载波的最优功率分配和次优位置分布,仿真分析比较了优化后的均匀型导频与其它均匀型导频在NMSE、BER性能方面的优劣。 3.为充分发挥MIMO信道空时相关性对信道估计性能增强的优势,提出了一种基于空时相关性的MIMO OFDM系统信道估计算法,推导获取了该信道估计算法中空时滤波器的最优权矩阵,进一步仿真分析了该空时滤波器中多个参数对所提算法的性能影响以及该算法与经典MA算法在NMSE、BER性能方面的优劣。针对大时延扩展信道条件下,由于导频子载波受限所导致的信道估计性能恶化问题,提出了一种联合TOA与DPS估计的MIMO OFDM系统信道估计算法,推导获取了该算法适用的多径时延条件,仿真分析了该算法与其它信道估计算法在各种大时延扩展信道条件下的NMSE、BER性能情况。针对大多普勒扩展信道条件,由于严重ICI干扰所导致的信道估计与检测性能恶化问题,提出了一种快变信道环境下的MIMO OFDM系统联合信道估计算法,推导获取了该估计算法均方误差的LB界,同时分析了该算法的计算复杂度,最后,仿真分析了该算法与其它信道估计算法在大多普勒扩展信道条件下的NMSE、BER性能情况。 4.针对空间相关性、信道估计误差会降低Turbo-BLAST迭代检测中的软信息提取精度问题,提出了一种MIMO OFDM系统中基于软输出的最优型MMSE-PIC迭代检测算法,推导获取了该MMSE滤波器中最优权向量的闭式解,仿真分析了该算法与传统软输出迭代检测算法在存有空间相关性和信道估计误差条件下的BER性能情况,并进一步对该算法的复杂度进行了分析。


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