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MIMO-OFDM系统信道估计方法研究

作　者: 邵珊珊
导　师: 朱维红
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO-OFDM 导频信道估计插值 Wiener滤波
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第一章绪论  13-17
  1.1 论文背景和研究意义  13-16
  1.2 论文内容和组织结构  16-17
第二章 MIMO-OFDM系统基本原理  17-31
  2.1 无线衰落信道的传播特征  17-21
    2.1.1 移动无线信道特征及描述  17-20
    2.1.2 无线信道的数学模型  20-21
  2.2 OFDM系统  21-24
    2.2.1 OFDM系统基本原理  21-23
    2.2.2 OFDM系统优缺点  23-24
  2.3 MIMO系统  24-29
    2.3.1 MIMO系统的基本原理  24-25
    2.3.2 空时编码技术  25-27
    2.3.3 MIMO系统的信道容量  27-29
  2.4 MIMO-OFDM系统  29-31
第三章 OFDM系统中基于导频的信道估计  31-54
  3.1 导频插入间隔以及导频图样  32-35
  3.2 时域信道估计算法  35-38
    3.2.1 基于训练符号的时域信道估计LS算法  36-37
    3.2.2 算法仿真  37-38
  3.3 频域信道估计算法  38-41
    3.3.1 基于训练符号的频域信道估计LS算法  38-39
    3.3.2 算法仿真  39-41
  3.4 LMMSE信道估计  41-45
    3.4.1 LMMSE算法  41-42
    3.4.2 算法仿真  42-45
  3.5 基于Wiener滤波的MMSE准则二维信道估计算法  45-54
    3.5.1 二维信道估计理论  45-46
    3.5.2 基于Wiener滤波的二维信道估计算法  46-49
    3.5.3 两个级联的一维Wiener滤波信道估计  49-50
    3.5.4 仿真分析  50-54
第四章 MIMO-OFDM系统中的信道估计  54-72
  4.1 基于MIMO-OFDM系统的信道估计  54-55
  4.2 基于LS准则的频域信道估计  55-59
    4.2.1 LS算法介绍  55-57
    4.2.2 仿真分析  57-59
  4.3 基于LMMSE准则的信道估计  59-62
    4.3.1 LMMSE算法介绍  59-60
    4.3.2 仿真分析  60-62
  4.4 基于Wiener滤波的二维联合信道估计  62-68
    4.4.1 导频间隔与导频图案设计  62-63
    4.4.2 信道模型及相关函数  63
    4.4.3 Wiener滤波器系数矩阵的计算  63-66
    4.4.4 仿真分析  66-68
  4.5 基于两个级联的一维Wiener滤波的信道估计  68-72
第五章总结与展望  72-74
参考文献  74-80
致谢  80-81
在校期间发表的论文、科研成果等  81-82
学位论文评阅及答辩情况表  82

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