第5章MIMOOFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)

無(wú)論是單載波系統(tǒng)還是多載波系統(tǒng)，在接收端，要采用相干解調(diào)恢復(fù)數(shù)據(jù)信息，都需要較準(zhǔn)確的CSI作為數(shù)據(jù)處理的必要參數(shù)，所以，信道估計(jì)是影響OFDM系統(tǒng)和MIMO-OFDM系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。和傳統(tǒng)單天線情況下的OFDM系統(tǒng)相比，MIMO-OFDM系統(tǒng)中的CSI估計(jì)更困難些，原因是多天線的使用使得在任一子載波上接收到的信號(hào)都是多個(gè)畸變信號(hào)的疊加。當(dāng)對(duì)其中一個(gè)接收天線對(duì)的CSI進(jìn)行估計(jì)時(shí)，其它發(fā)射天線的發(fā)送信號(hào)就是干擾。第5章MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)5.1引言15.2信道估計(jì)算法信道估計(jì)基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)盲信道估計(jì)非盲信道估計(jì)基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)（基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)）2基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)34.3.1LS信道估計(jì)算法LS方法是使測(cè)量值和模型之間的加權(quán)誤差最小。若衰落的LS估計(jì)用表示，則用LS算法估計(jì)的代價(jià)函數(shù)為求的導(dǎo)數(shù)，使得4即LS估計(jì)的均方誤差（MSE）可以推得5基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)基于梳狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)導(dǎo)頻子載波的信道響應(yīng)接收到的導(dǎo)頻信號(hào)矢量:導(dǎo)頻符號(hào)個(gè)數(shù)若6為導(dǎo)頻子載波中的高斯噪聲。在常規(guī)的梳狀導(dǎo)頻估計(jì)中，基于LS準(zhǔn)則的導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)可以表示為是ICI矢量。74.3.2LMMSE信道估計(jì)算法對(duì)于塊狀導(dǎo)頻信道估計(jì)4.3.3信道插值1.線性插值2.齒條插值和三次插值和含噪聲的導(dǎo)頻估計(jì)之間的互相關(guān)矩陣。

是是導(dǎo)頻估計(jì)矩陣的自相關(guān)矩陣。83.低通插值基于低通濾波器梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的信道估計(jì)框圖94.4.1

導(dǎo)頻插入間隔以及導(dǎo)頻圖樣導(dǎo)頻符號(hào)成正方形分布的OFDM符號(hào)幀結(jié)構(gòu)4.4OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)10插入導(dǎo)頻的間隔必須滿足奈奎斯特抽樣定理，即無(wú)失真恢復(fù)的抽樣間隔必須小于抽樣信號(hào)兩倍帶寬的倒數(shù)。或或?qū)嶋H中向上取整一幀中包含的所有導(dǎo)頻符號(hào)總數(shù)為11由于插入導(dǎo)頻所帶來(lái)的開(kāi)銷為其信噪比的損失為兩種導(dǎo)頻插入模式導(dǎo)頻圖124.4.2時(shí)域信道估計(jì)算法基于訓(xùn)練符號(hào)的時(shí)域信道估計(jì)算法對(duì)于訓(xùn)練符號(hào)，接收到的時(shí)域信號(hào)為其中訓(xùn)練符號(hào)列矢量信道沖激響應(yīng)列矢量

加性噪聲列矢量13得到信道沖激響應(yīng)的估值若有多個(gè)訓(xùn)練符號(hào)時(shí)，估計(jì)時(shí)可求平均信道頻域響應(yīng)的估值14一維信道估計(jì)算法4.4.2頻域信道估計(jì)算法1.基于插入導(dǎo)頻符號(hào)的頻域信道估計(jì)算法

152.基于訓(xùn)練符號(hào)的頻域信道估計(jì)LS算法第個(gè)符號(hào)的第個(gè)子載波上接收到的頻域符號(hào)為得到信道頻域響應(yīng)的估值若有多個(gè)訓(xùn)練符號(hào)，估計(jì)時(shí)也可利用類似于時(shí)域求平均值的方法來(lái)平滑噪聲的影響，以提高估計(jì)準(zhǔn)確度。16LS信道估計(jì)N點(diǎn)IDFTN點(diǎn)DFT頻域時(shí)域頻域基于DFT的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)示意圖4.4.3基于DFT的信道估計(jì)17010203040506000.10.20.30.40.50.60.70.80.91采樣點(diǎn)/個(gè)歸一化幅度h(t)=δ(t-Ts)+0.5δ(t-4Ts)采樣間隔信道情形18010203040506000.10.20.30.40.50.60.70.80.91采樣點(diǎn)/個(gè)歸一化幅度h(t)=δ(t-1.5Ts)+0.5δ(t-4.5Ts)非采樣間隔信道情形19LS信道估計(jì)N點(diǎn)IDFTN點(diǎn)DFT頻域時(shí)域頻域置零樣值選擇改進(jìn)的基于DFT的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)示意圖20系統(tǒng)使用路徑LS0…63LS-DFT0…2,61…63LS-DFT10…7,56…63LS-DFT20…10,53…63MMSE0…63五種系統(tǒng)概況21510152025-30-25-20-15-10-50信噪比(dB)MSE(dB)LSLS-DFTLS-DFT1LS-DFT2MMSE最小均方誤差（MSE）性能仿真

22024681012141618202210-310-210-1100信噪比(dB)SERLSLS-DFTLS-DFT1LS-DFT2MMSE誤碼率性能仿真誤碼率平臺(tái)23MIMO編碼器IFFTIFFTMIMOChannelFFTFFTMIMO解碼器信道估計(jì)器訓(xùn)練符號(hào)4.5MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)基于訓(xùn)練序列的MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)24基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)訓(xùn)練模式：發(fā)送端發(fā)送訓(xùn)練序列，在接收端根據(jù)接收數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列計(jì)算信道特性。數(shù)據(jù)傳輸模式：根據(jù)訓(xùn)練模式計(jì)算的信道特性及接收端接收的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。25訓(xùn)練模式MIMO-OFDM系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系：第個(gè)天線各個(gè)子載波接收信號(hào)：發(fā)送端每個(gè)天線發(fā)送的訓(xùn)練序列：第個(gè)天線信道矩陣（頻域）：26第個(gè)天線的噪聲矩陣：信道特性時(shí)域和頻域關(guān)系MIMO-OFDM系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系另一種表達(dá)：MIMO-OFDM系統(tǒng)信道沖激響應(yīng)的LS估計(jì)為27MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)中的訓(xùn)練序列選擇：3.不同發(fā)射天線的導(dǎo)頻相互正交。1.導(dǎo)頻必須等能量；2.導(dǎo)頻插入的子信道必須等間隔；①不同發(fā)射天線訓(xùn)練序列正交②低PAPR③抗ISI干擾例：線性調(diào)頻序列28加入保護(hù)間隔情形OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)發(fā)送端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)接收端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練OFDM數(shù)據(jù)序列發(fā)送端：特殊訓(xùn)練序列情形接收端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練OFDM數(shù)據(jù)序列2905101520253035404550-20-15-10-50510信噪比(dB)MSE(dB)隨機(jī)訓(xùn)練序列恒包絡(luò)隨機(jī)訓(xùn)練序列特殊訓(xùn)練序列基于LS算法MIMO-OFDM系統(tǒng)MSE性能仿真隨機(jī)訓(xùn)練序列：隨機(jī)產(chǎn)生訓(xùn)練序列恒包絡(luò)隨機(jī)訓(xùn)練序列：用E指數(shù)做訓(xùn)練序列，冪次隨機(jī)變化。特殊訓(xùn)練序列：線性調(diào)頻序列3005101520253035404550-50-40-30-20-10010信噪比(dB)MSE(dB)不加零特殊訓(xùn)練序列傳統(tǒng)算法特殊訓(xùn)練序列傳統(tǒng)算法恒包絡(luò)隨機(jī)訓(xùn)練序列改進(jìn)算法特殊訓(xùn)練序列改進(jìn)算法基于LS算法MIMO-OFDM系統(tǒng)MSE性能仿真3105101520253035404550-60-50-40-30-20-10010信噪比(dB)MSE(dB)LS傳統(tǒng)算法改進(jìn)算法帶保護(hù)間隔傳統(tǒng)算法帶保護(hù)間隔改進(jìn)算法基于LS算法MIMO-OFDM系統(tǒng)MSE性能仿真320510152025303540455010-210-1100SNR(dB)SER隨機(jī)訓(xùn)練序列傳統(tǒng)算法恒包絡(luò)隨機(jī)訓(xùn)練序列傳統(tǒng)算法特殊訓(xùn)練序列傳統(tǒng)算法特殊訓(xùn)練序列改進(jìn)算法基于LS算法MIMO-OFDM系統(tǒng)誤碼率性能