西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁(yè) 捅斐 正交頻分復(fù)用( o f d m ) 技術(shù)和多入多出( m i m o ) 技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速 率的重要手段受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。對(duì)于m i m o o f d m 系統(tǒng)，準(zhǔn)確的信道 狀態(tài)信息( c s i ) 是保證信息可靠接收的保證。信道估計(jì)技術(shù)對(duì)同步、子載波分配 等都有不同程度的影響。因此，準(zhǔn)確的估計(jì)信道狀態(tài)信息，是m i m o o f d m 系 統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 信道估計(jì)算法分為導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法和盲信道估計(jì)算法兩種。本文主 要針對(duì)m i m o o f d m 系統(tǒng)的導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究。 論文第一部分主要討論了基于導(dǎo)頻符號(hào)輔助調(diào)制( p s a m ) 方法的 s i s o o f d m 信道估計(jì)技術(shù)。通過(guò)分析塊狀導(dǎo)頻及梳狀導(dǎo)頻兩種導(dǎo)頻分布圖案， 論文針對(duì)塊狀導(dǎo)頻，仿真討論了l s 、m m s e 兩種估計(jì)算法，最后針對(duì)梳狀導(dǎo)頻， 比較了線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插和c u b i c s p l i n e 三種內(nèi)插算法，并在m a t l a b 平臺(tái)上給 出了基于塊狀導(dǎo)頻和基于梳狀導(dǎo)頻的s i s o o f d m 信道估計(jì)算法的仿真分析結(jié) 果。研究表明，當(dāng)信噪比增大后，c u b i c s p l i n e 內(nèi)插法性能明顯優(yōu)于線性內(nèi)插和 高斯內(nèi)插。 論文的第二部分圍繞基于梳狀導(dǎo)頻符號(hào)的m i m o o f d m 信道估計(jì)算法展 開。首先對(duì)基于導(dǎo)頻位置處的信道估計(jì)算法進(jìn)行研究，并針對(duì)l m m s e 計(jì)算量 大復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，將基于奇異值s v d 分解的算法應(yīng)用于此以降低運(yùn)算復(fù)雜 度。基于導(dǎo)頻位置處信道估計(jì)算法，論文分析了基于插值的數(shù)據(jù)位置處信道估 計(jì)算法，討論了線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插、c u b i c s p l i n e 內(nèi)插和基于d f t 的信道估計(jì) 算法。在此基礎(chǔ)上，論文對(duì)于基于d f t 的傳統(tǒng)信道估計(jì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò) 在時(shí)域忽略次要采樣來(lái)消除噪聲干擾，從而提高了信道估計(jì)精度。最后，論文 基于m a t l a b 仿真環(huán)境對(duì)基于導(dǎo)頻符號(hào)的m i m o o f d m 信道估計(jì)算法進(jìn)行了仿 真實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：m i m o ；o f d m ；信道估計(jì)；導(dǎo)頻 a b st r a c t o n h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x ( o f d m )a n dm u l t i p l e i n p u t m u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) a r ew i d e l yr e c o g n i z e da sar e v o l u t i o n a 穢t e c h n 0 1 0 9 yf o r p r o v l d m gh i g h e rd a t ar a t ei nt h ef u t u r eb r o a d b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m o b v i o u s l y , a c c u r a t ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o ni se s s e n t i a lt o r e l i a b l ei n f o r m a t i o n r e c o v e r y c h a n n e le s t i m a t i o n t e c h n i q u e h a sd i f f e r e n t l e v e l so f i m p a c tt o s y n c h r o n i z a t i o na n ds u b - c a r r i e ra l l o c a t i o n t h e r e f o r e ，t h ea c c u r a t ee s t i m a t i o no f t h e c n a l l n e ls t a t ei n f o r m a t i o ni so n eo ft h ek e yi s s u e sf o rm i m o o f d m s y s t e m t l l e r e a r em a i n l yt w oc h a n n e le s t i m a t i o n m e t h o d s ：p i l o t - a i d e dc h a n n e le s t i m a t i o na n d b l i n d c h a n n e le s t i m a t i o n t h i st h e s i sm a i n l yc o n c e r n so n l yw i t ht h e p i l o t a i d e dc h a n n e l e s t i m a t i o nt e c h n i q u e sf o rm i m o o f d m s y s t e m p l r s t ，p i l o ts y m b o la s s i s t e d m o d u l a t i o n ( p s a m ) c h a r u l e le s t i m a t i o ni s 1 n v e s t l g a t e df o rs i s o - o f d ms y s t e m s ，m a i n l yf o c u s i n g o nt h eb l o c k t y p ea n d c o m b - t y p ec h a n n e le s t i m a t i o n ac o m p a r a t i v ea n a l y s i s o np o p u l a rp i l o ta s s i s t e d e s t l m a t i o n a l g o r i t h m si s p r o v i d e d ，i n c l u d i n gl s ，l m m s ep i l o te s t i m a t i o n a i g o r i t h m s ，f o l l o w e db yt h r e e i n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m s ，i e 1 i n e a r i n t e r p 0 1 a t i o n u a u s s l o n i n t e r p o l a t i o na n dc u b i c s p l i n e i n t e r p o l a t i o n i ti ss h o w nb ym a t l a b s l m u i a t l o na n d a n a l y s i st h a t ，w i t ht h ei n c r e a s eo f s i g n a l t o n o i s er a t i o t h e c u b l c s p l i n ei n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mo u t p e r f o r m so t h e rt w oi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m s n e x t ，c o m bp i l o ts y m b o la s s i s t e dm o d u l a t i o n ( p s a m ) c h a n n e le s t i m a t i o nf o r m m o o f d m s y s t e mi si n v e s t i g a t e d f o rt h ec h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mo f p i l o t l o c a t i o n , mo r d e rt or e d u c et h eh i g hc o m p l e x i t yo fl m m s e a l g o r i t h m ，as i m p l i f i e d m e t h o db a s e do nt h e s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o ni s g i v e n t h e nt h ec h a n n e l e s t l m a t i o na l g o r i t h mb a s e do nt h ei n t e r p o l a t i o no f t h ed a t al o c a t i o n ，i n c l u d i n gl i n e a r i n t e r p o l a t i o n ，g a u s s i o ni n t e r p o l a t i o n ，c u b i c s p l i n ei n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m sa n dd f t c n a n n e le s t i m a t i o nm e t h o d ，i sd i s c u s s e d o n t h i sb a s i s ，b yn e g l e c t i n gs e c o n d a s a m p l i n gi nt h et i m e - d o m a i nt oe l i m i n a t en o i s ei n t e r f e r e n c e ，t h et r a d i t i o n a ld f t 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第i 頁(yè) c h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o di s i m p r o v e d ，f o l l o w e db ym a t l a b b a s e dc o m p u t e r s i m u l a t i o na n dd i s c u s s i o n k e y w o r d s ：m i m o ，o f d m ，c h a n n e le s t i m a t i o n ，p i l o t 西南交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校 保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和 借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù) 進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1 保密口，在年解密后適用本授權(quán)書； 2 不保密d 使用本授權(quán)書。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“4 ”) 學(xué)位論文作者簽名：爵蝴 日期： 認(rèn)。8 1o c 7 指導(dǎo)老師簽名 日期：8 ， 西南交通大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所 得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在 文中作了明確的說(shuō)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： l 、研究了基于導(dǎo)頻位置處的m i m o o f d m 信道估計(jì)算法，針對(duì)l m m s e 計(jì)算量大復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，將基于奇異值s v d 分解的簡(jiǎn)化算法應(yīng)用于 此以降低運(yùn)算復(fù)雜度，仿真結(jié)果表明s v d 簡(jiǎn)化算法的性能和l m m s e 信道估計(jì)算法幾乎一樣，但運(yùn)算復(fù)雜度得到較大降低。 2 、通過(guò)研究基于插值的數(shù)據(jù)位置處m i m o o f d m 信道估計(jì)算法，將忽略 時(shí)域次要采樣的方法應(yīng)用于此以改進(jìn)d f t 估計(jì)算法的性能，仿真結(jié)果 表明改進(jìn)后算法的性能略有提高。 3 、針對(duì)梳狀導(dǎo)頻，仿真和分析比較了線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插和c u b i c s p l i n e 三種內(nèi)插算法。研究表明，當(dāng)信噪比增大后，c u b i c s p l i n e 內(nèi)插法性能明 顯優(yōu)于線性內(nèi)插和高斯內(nèi)插。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁(yè) 第1 章緒論 無(wú)線通信技術(shù)，以在無(wú)線信道環(huán)境中可靠有效地傳輸數(shù)據(jù)為目標(biāo)。由于日 新月異的通信業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用環(huán)境的要求迅速提升，使得無(wú)線通信 面臨頻譜資源嚴(yán)重不足和必須適應(yīng)更加惡劣的信道環(huán)境兩大問(wèn)題。 為了更好地解決這些問(wèn)題，m i m o ( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ，多輸入 多輸出) 與o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，正交頻分復(fù)用) 應(yīng)運(yùn)而生，并且迅速成為廣受關(guān)注的焦點(diǎn)。m i m o 充分利用各發(fā)送接收天線之 間的空間散射信道，在原有帶寬和功率條件下成倍地提高系統(tǒng)傳輸速率。可以 通過(guò)空時(shí)編碼獲得分集增益，提高可靠性，也可以通過(guò)空間復(fù)用獲得成倍增長(zhǎng) 的信道容量。o f d m 作為一種多載波調(diào)制技術(shù)，通過(guò)把高速數(shù)據(jù)流分成多條并 行低速數(shù)據(jù)流，可以在高速數(shù)據(jù)傳輸中有效地抵抗多徑信道頻率選擇性衰落的 影響。相互正交的子載波也提高了頻譜利用率，具有頻譜效率高、帶寬擴(kuò)展性 強(qiáng)、抗多徑衰落并且保持較高的傳輸速率的潛力和優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于它采用了離 散傅立葉變換，大大降低了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。 1 1 引言 隨著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的日益成熟，世界上已廣泛開展對(duì)第四代移動(dòng)通 信系統(tǒng)的開發(fā)研究 1 】【2 1 。o f d m 技術(shù)具有較高的頻譜效率和抗多徑干擾的特點(diǎn)， 是當(dāng)今寬帶無(wú)線移動(dòng)通信的寵兒。m i m o 技術(shù)可以在不增加寶貴頻帶的基礎(chǔ)上， 通過(guò)在發(fā)射端和接收端增加天線數(shù)目，提供空間分集或者復(fù)用，提升系統(tǒng)的吞 吐量，提高系統(tǒng)的功率效率和改善系統(tǒng)的b e r 性能。 m i m o 和o f d m 技術(shù)的結(jié)合目前被廣泛認(rèn)為是提高頻譜效率和提升系統(tǒng) 吞吐量的最有效手段，是第四代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)物理層的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)今 研究的熱點(diǎn)【3 】【4 】。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁(yè) 1 2 研究背景與m lm 0 - 0 f d m 發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 10 f d m 技術(shù) 無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，導(dǎo)致每個(gè)碼元的傳輸周期縮短，從而 使多徑延時(shí)引起的碼間串?dāng)_更加嚴(yán)重，檢測(cè)性能隨之下降。o f d m 采用并行傳 輸技術(shù)將高速數(shù)據(jù)分成多個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)，在相同時(shí)間內(nèi)同時(shí)傳輸多個(gè)碼元， 在總數(shù)據(jù)傳輸速率不變的條件下，每個(gè)碼元的傳輸周期大大增長(zhǎng)。o f d m 已成 為下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要空中接口技術(shù)。 o f d m 技術(shù)【3 j 的應(yīng)用最早起源于2 0 世紀(jì)5 0 年代中期，已有近4 0 年的歷 史，最初主要用于軍用無(wú)線通信系統(tǒng)。在6 0 年代就已經(jīng)形成了使用并行數(shù)據(jù)傳 輸和頻分復(fù)用的概念。1 9 7 0 年1 月首次公開發(fā)表了有關(guān)o f d m 的專利。2 0 世 紀(jì)9 0 年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，o f d m 系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端分 別采用i f f t 和f f t 來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)復(fù)雜度大大降低，該技術(shù)開始廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)在，作為多載波調(diào)制技術(shù)( m c m ) 之一的o f d m 已被廣泛應(yīng)用于下一 代移動(dòng)通信( 4 g ) 的多種無(wú)線系統(tǒng)和傳輸標(biāo)準(zhǔn)中【5 】，如數(shù)字廣播系統(tǒng)d a b ，數(shù) 字視頻廣播d v b t ，以及i e e e 的一系列標(biāo)準(zhǔn)包括無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) i e e e 8 0 2 1l a g ，無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)i e e e 8 0 2 1 6 系列等。基于o f d m 的多址接入 技術(shù)o f d m a ，可以為每個(gè)用戶分配信道條件較好的子信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不 同于o f d m 技術(shù)在整個(gè)頻帶內(nèi)發(fā)送，從而保證了各個(gè)子載波都被對(duì)應(yīng)信道條件 較優(yōu)的用戶使用，獲得了頻率上的多用戶分集增益。 1 2 2 m 0 技術(shù) m i m o r 6 1 無(wú)線通信技術(shù)的概念非常簡(jiǎn)單，任何一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，只要其發(fā) 射端和接收端均采用了多個(gè)天線或者天線陣列，就構(gòu)成了一個(gè)無(wú)線m i m o 系統(tǒng)。 m i m o 無(wú)線通信技術(shù)采用空時(shí)處理技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，在多徑環(huán)境下，無(wú)線 m i m o 系統(tǒng)可以極大地提高頻譜利用率3 1 | ，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。m i m o 技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，已經(jīng)被認(rèn)為 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁(yè) 是新一代無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)的革命技術(shù)。 m i m o 技術(shù)實(shí)質(zhì)上是為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益口1 ，目前針 對(duì)m i m o 信道所進(jìn)行的研究也主要圍繞這兩個(gè)方面?？臻g復(fù)用技術(shù)可以大大提 高信道容量，而空間分集則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率。m i m o 技術(shù)的空間復(fù)用就是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的 多徑矢量，在同一頻帶上使用多個(gè)數(shù)據(jù)通道( m i m 子信道) 發(fā)射信號(hào)，從而使得 容量隨著天線數(shù)量的增加而呈線性增加。這種信道容量的增加不需要占用額外 的帶寬，也不需要消耗額外的發(fā)射功率，因此是提高信道和系統(tǒng)容量的一種非 常有效的手段。 目前主要的m i m o 系統(tǒng)可以分為兩種【8 】【9 1 ，一種以獲取空間分集( s p a c e d i v e r s i t y ) 增益為主要目的，在各支路發(fā)送相關(guān)的編碼數(shù)據(jù)，同時(shí)在接收機(jī)上 實(shí)現(xiàn)合并接收，從而克服無(wú)線信道衰落影響。例如空時(shí)塊狀碼s t b c 系統(tǒng)和空 時(shí)格狀碼s t t c 系統(tǒng)；另一種以空間復(fù)用的方式( s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 來(lái)提高系統(tǒng)容量，例如貝爾實(shí)驗(yàn)室的空間分層傳輸系統(tǒng)，包括d b l a s t 和 v - b l a s t 系統(tǒng)。 1 2 3mim o - o f d m 技術(shù) 面對(duì)未來(lái)無(wú)線通信的兩個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)頻譜效率與多徑衰落，m i m o 與 o f d m 提供了可能的解決方案：m i m o 借助多根發(fā)射與接收天線所提供的多重 空間自由度以改善通信質(zhì)量，可以通過(guò)各個(gè)發(fā)送天線間的聯(lián)合編碼獲得分集增 益，從而提高可靠性，也可以通過(guò)空間復(fù)用獲得成倍增長(zhǎng)的信道容量；o f d m 則具有頻譜效率高、帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)、抗多徑衰落并且保持較高的傳輸速率的潛 力和優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于它采用了離散傅立葉變換，大大降低了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 度。 實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)傳輸速率，單純使用 o f d m 需要增加載波的數(shù)量，造成系統(tǒng)復(fù)雜度的增加和系統(tǒng)帶寬的增大，這對(duì) 于當(dāng)今帶寬受限和功率受限的許多系統(tǒng)( 如無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)) 就不太適合了。 而m m o 系統(tǒng)雖然在一定程度上可以抗多徑衰落，但是對(duì)于頻率選擇性衰落， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁(yè) m i m o 系統(tǒng)依然是無(wú)能為力。將m i m o 和o f d m 技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以很好的 解決上述問(wèn)題【3 2 】：利用o f d m 技術(shù)把頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)變成多個(gè)子載波的 平衰落信道：利用m i m o 技術(shù)在不增加帶寬條件下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量 和頻譜利用率。m i m o o f d m 已逐漸為中短距離無(wú)線通信系統(tǒng)所采用，包括 i e e e 8 0 2 1 i n 無(wú)線局域網(wǎng)( w l a n ) 、i e e e 8 0 2 1 6 e w i m a x 等。 1 3 m o - o f d m 信道估計(jì)技術(shù)研究意義及研究現(xiàn)狀 1 3 1 研究意義 為了使發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)衰落的信道后，在接收端被正確地接收，數(shù)據(jù)所經(jīng)歷 的信道衰落影響應(yīng)被合理地補(bǔ)償，必須要對(duì)信道的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。信道估計(jì)技 術(shù)作為獲得信道衰落信息的方法，是提高無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接收性能的關(guān)鍵技術(shù)之 一。信道估計(jì)技術(shù)同時(shí)可以提供多用戶檢測(cè)以及空時(shí)碼解碼、最大比空時(shí)合并 等技術(shù)所需的關(guān)鍵信息。尤其在無(wú)線數(shù)據(jù)的分組通信中，需要獲得每個(gè)數(shù)據(jù)包 歷經(jīng)的信道狀態(tài)，這使得信道估計(jì)成為必不可少的技術(shù)。 m i m o o f d m 技術(shù)將空間分集、頻率分集以及時(shí)間分集有機(jī)地結(jié)合在一 起，可以大大提高無(wú)線通信中的信道容量和傳輸速率，并能有效的抵抗衰落、 抑制干擾和噪聲。而準(zhǔn)確的信道估計(jì)是保證m i m o o f d m 系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，發(fā)揮 其優(yōu)越性的關(guān)鍵u 。 m i m o o f d m 的信道估計(jì)技術(shù)面臨兩個(gè)問(wèn)題【l 。其一，導(dǎo)頻信息的插入間 隔和優(yōu)化設(shè)計(jì)。其二，選取復(fù)雜度較低且性能良好的估計(jì)算法。 1 3 2 研究現(xiàn)狀 目前，信道估計(jì)方法主要有兩大類：基于導(dǎo)頻輔助的估計(jì)和盲估計(jì)。 基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)一直是研究的熱點(diǎn)，8 0 2 1 l a 、d v b 等協(xié)議都規(guī)定了專 門的導(dǎo)頻符號(hào)，基于此的估計(jì)算法如最4 - 乘法( l s ，l e a s ts q u a r e s ) 、最小均方 誤差法( m m s e ，m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r ) 、最大似然法( m l ，m a x i m u m 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁(yè) l i k e l i h o o d ) 等都得到了廣泛的研究。在基于導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)算法中，導(dǎo)頻插 入方案可分為三類：塊狀導(dǎo)頻分布、梳狀導(dǎo)頻分布和二維散布導(dǎo)頻分布 刪，基 于塊狀導(dǎo)頻的插入方式，又稱之為基于訓(xùn)練序列【4 5 】的輔助信道估計(jì)方法。 在對(duì)訓(xùn)練序列的研究上，y el i 等人驗(yàn)證了使用空時(shí)編碼發(fā)射分集的o f d m 系統(tǒng)，采用適合的信道估計(jì)，將為移動(dòng)無(wú)線信道提供很高的數(shù)據(jù)傳輸率。后又 提出基于m i m o o f d m 的增強(qiáng)型信道估計(jì)算法、簡(jiǎn)化信道估計(jì)算法以及最優(yōu)訓(xùn) 練序列設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)近兩年也廣泛開展了對(duì)于空時(shí)分組訓(xùn)練序列的研究m n 知。， 目前也有研究將隱序列作為訓(xùn)練序列進(jìn)行m i m o o f d m 的信道估計(jì)。 在m i m o o f d m 系統(tǒng)中，采用梳狀導(dǎo)頻的傳統(tǒng)信道估計(jì)技術(shù)在子載波邊 緣會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的均方誤差( m s e ) 。對(duì)此，在m i m o 系統(tǒng)中需要對(duì)梳狀導(dǎo)頻進(jìn) 行改進(jìn)：文獻(xiàn) 4 9 提出了一種循環(huán)的梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn) 5 0 針對(duì)信道沖激響 應(yīng)最大抽頭數(shù)大于每個(gè)o f d m 符號(hào)中導(dǎo)頻數(shù)，提出結(jié)合前后梳狀導(dǎo)頻序列，證 明比塊狀導(dǎo)頻序列有更小的均方誤差。 另一種方法，即盲信道估計(jì)，不借助導(dǎo)頻符號(hào)，不占用頻譜資源，僅僅利 用所接收到的信息序列即可對(duì)信道做出估計(jì)。該方法主要應(yīng)用接收信號(hào)的高階 統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行信號(hào)處理來(lái)獲取信道信息，需要很大的樣本集，收斂速率慢，計(jì)算 量也很大，不利于實(shí)時(shí)通信。m i m o o f d m 的信道盲估計(jì)算法絕大部分都基于 其二階統(tǒng)計(jì)量，包括子空間分解的方法，最 b - - 乘法以及線性預(yù)測(cè)法等，其中 尤以子空間分解法最為突出。目前有不少研究將盲估計(jì)與m i m o o f d m 系統(tǒng)的 一些其它技術(shù)結(jié)合起來(lái)，比如將盲信道估計(jì)與空時(shí)分組碼( s t b c ) 相結(jié)合，將 盲信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)結(jié)合，進(jìn)行聯(lián)合迭代等。 1 4 本文主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排 本文圍繞m i m o o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)展開分析研究，采用理論分析 與計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方式，從理論和實(shí)踐兩方面驗(yàn)證所做工作的正確性和可 行性。論文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章主要介紹論文的研究背景，o f d m 、m i m o 的技術(shù)背景與發(fā)展現(xiàn)狀， 及信道估計(jì)技術(shù)概況。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁(yè) 第二章主要討論無(wú)線信道的傳播特性。 第三章主要研究基于導(dǎo)頻符號(hào)輔助調(diào)制( p s 枷) 方法的s i s o o f d m 信道 估計(jì)技術(shù)，針對(duì)塊狀導(dǎo)頻及梳狀導(dǎo)頻兩種導(dǎo)頻分布圖案，介紹了l s 、m m s e 兩種估計(jì)準(zhǔn)則和線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插、c u b i c s p l i n e 內(nèi)插三種差值算法，并在 m a t l a b 平臺(tái)上進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。 第四章主要研究基于梳狀導(dǎo)頻符號(hào)的m i m o o f d m 的信道估計(jì)算法。首先 對(duì)基于導(dǎo)頻位置處的信道估計(jì)算法進(jìn)行研究，介紹了l s 、l m m s e 和針對(duì) l m m s e 改進(jìn)的s v d 算法；然后分析基于插值的數(shù)據(jù)位置處的信道估計(jì)算法， 介紹了線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插、c u b i c s p l i n e 內(nèi)插和基于d f t 的信道估計(jì)算法，在 此基礎(chǔ)上，對(duì)于基于d f t 的傳統(tǒng)信道估計(jì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)在時(shí)域忽略次 要采樣來(lái)消除噪聲干擾，從而提高了信道估計(jì)精度。最后在m a t l a b 仿真平臺(tái)上 進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。 第五章總結(jié)了本文的工作，就本文的主要貢獻(xiàn)以及在未來(lái)需要進(jìn)一步深入 研究的內(nèi)容進(jìn)行了歸納。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁(yè) 第2 章無(wú)線衰落信道 無(wú)線電波在空間傳播時(shí)，會(huì)經(jīng)歷反射、衍射和散射等，到達(dá)接收端的是多 路信號(hào)的疊加。由于無(wú)線信道的復(fù)雜性和不可預(yù)見(jiàn)性，在接收端必須通過(guò)信道 估計(jì)來(lái)恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)。認(rèn)識(shí)無(wú)線信道，正確建立無(wú)線信道模型是開展信道估計(jì) 研究的首要環(huán)節(jié)。本章對(duì)無(wú)線信道模型和兩個(gè)最主要的影響因素進(jìn)行了介紹。 2 1 無(wú)線移動(dòng)信道模型 無(wú)線信道傳播中信號(hào)強(qiáng)度的變化受三個(gè)因素的影響【1 2 】： l 、路徑傳播衰落，或稱自由空間傳播損耗與彌散，是電磁波在空間傳播中 隨著傳播距離的變化造成的強(qiáng)度變化，用id - - b 表示，其中l(wèi)di 表示移動(dòng)臺(tái)與基 站的距離，刀一般為3 4 ； 2 、大尺度衰落，或稱陰影衰落，是由于傳播環(huán)境中的地形起伏，建筑物及 其它障礙物對(duì)電波遮蔽所引起的衰落，用s ( d ) 表示： 3 、小尺度衰落，或稱多徑衰落，是由于移動(dòng)傳播環(huán)境的多徑傳輸而引起的 衰落，主要由多徑復(fù)雜程度、移動(dòng)臺(tái)速度、接收機(jī)周圍物體的運(yùn)動(dòng)速度以及信 號(hào)帶寬來(lái)決定，用r ( d ) 表示。 在三種衰落的影響下，接收信號(hào)功率可表示為： p ( d ) = ldr s ( d ) r ( d ) ( 2 1 ) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁(yè) 2 2 無(wú)線信道的傳播情況 2 2 1 多徑延時(shí) 由于多徑延時(shí)，發(fā)射端發(fā)送一個(gè)窄脈沖信號(hào)，在接收端將收到多個(gè)窄脈沖， 每一個(gè)窄脈沖的衰落和時(shí)延都是不同的，如圖2 2 ( a ) 所示。這樣就造成了信 道的時(shí)間彌散性，一個(gè)符號(hào)的波形會(huì)擴(kuò)展到其它符號(hào)中，造成符號(hào)間干擾( i s i ， i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e ) 。為了避免產(chǎn)生i s i ，應(yīng)該使得符號(hào)寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大 時(shí)延擴(kuò)展。對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送脈沖信號(hào)，接收端接收到的信號(hào)情況如圖2 1 所示， 其中乙。，為最大時(shí)延擴(kuò)展。 霸 圖2 1 多徑衰落對(duì)接收信號(hào)的影響 在頻域內(nèi)，將最大時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)定義為相干帶寬： ( 衄) 。亡 ( 2 2 ) 從頻域的角度觀察，多徑信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展可以導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即針 對(duì)信號(hào)中不同的頻率成分，無(wú)線傳輸信道會(huì)呈現(xiàn)出不同的隨機(jī)響應(yīng)，由于不同 的頻率分量衰落不一致，所以經(jīng)衰落后，信號(hào)波形會(huì)發(fā)生畸變。由此可見(jiàn)，當(dāng) 信號(hào)的頻率較高，信號(hào)帶寬超過(guò)無(wú)線信道的相干帶寬時(shí)，信號(hào)中各頻率分量通 過(guò)無(wú)線信道發(fā)生的變化是不一樣的，引起信號(hào)波形的失真，造成符號(hào)間干擾， 形成頻率選擇性衰落；而當(dāng)信號(hào)傳輸速率較低，信號(hào)帶寬小于相干帶寬時(shí)，信 號(hào)通過(guò)無(wú)線信道時(shí)，各頻率分量都收到相同的衰落，則衰落波形不會(huì)發(fā)生失真， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁(yè) 沒(méi)有產(chǎn)生符號(hào)間干擾，認(rèn)為信號(hào)只是經(jīng)歷了平坦衰落，即非頻率選擇性衰落。 2 2 2 多普勒頻移 信道的時(shí)變性是指信道的傳遞函數(shù)是隨時(shí)間變化的，即在不同時(shí)刻發(fā)送相 同的信號(hào)，在接收端接收到的信號(hào)可能是不同的。時(shí)變性在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的 具體體現(xiàn)之一就是多普勒頻移。即當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行通信時(shí)，接收信號(hào)的 頻率會(huì)發(fā)生變化。則單一頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)變衰落信道之后會(huì)呈現(xiàn)為具有一定帶 寬和頻率包絡(luò)的信號(hào)，如圖2 2 ( b ) 所示。這也被稱為信道的頻率彌散性。 教避攘教 ，。，。口口田目墨 ，。， 0羹口目 川，墨陸 圖2 - 2 ( a ) 多徑造成的信道時(shí)變性( b ) 多普勒頻移造成的信道頻率彌散性 多普勒效應(yīng)所引起的附加頻率偏移稱為多普勒頻移，可以用下式表示： 石：v c o s 秒= 墮c o s 目= 厶c o s l 9 ( 2 3 ) i ,c 其中z 表示載波頻率，c 表示光速，厶表示最大多普勒頻移，v 表示移動(dòng) 臺(tái)的行進(jìn)速度，秒表示移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)方向與入射波方向夾角。從公式中可以看到， 多普勒頻移與載波頻率以及移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度成正比。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)向入射波方向移 動(dòng)時(shí)，多普勒頻移為正，即移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)頻率會(huì)增加；如果背向入射方 向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)，即移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)頻率會(huì)減小。由于存在多 普勒頻移，單一頻率信號(hào)以頻率厶到達(dá)接收端的時(shí)候，其頻譜不再是位于頻率 軸f o 處的單一頻率信號(hào)，而是分布在( 五一厶，五+ 厶) 內(nèi)存在一定寬度的頻譜。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁(yè) 在時(shí)域內(nèi)，將多普勒頻移的倒數(shù)定義為相干時(shí)間，即： ( 丁) 。寺 ( 2 - 4 ) 相干時(shí)間是信道沖擊響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。即在一段時(shí) 間間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。如果符號(hào)寬度大于信道相干時(shí) 間，信號(hào)波形可能會(huì)發(fā)生變化，造成信號(hào)畸變，產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落，或稱快 衰落；如果符號(hào)寬度小于相干時(shí)間，則認(rèn)為是非時(shí)間選擇性衰落，或稱慢衰落。 2 3 無(wú)線衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型 由于多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線信道后，接收信號(hào)的包絡(luò) 將呈現(xiàn)隨機(jī)性。研究表明，在沒(méi)有直達(dá)路徑的情況下( n l o s ) 信道接收信號(hào)的 包絡(luò)服從瑞利分布，在有直達(dá)路徑的情況下( l o s ) 服從萊斯分布。 2 3 1 瑞利衰落 在移動(dòng)無(wú)線信道中，r a y l e i g h 分布是常見(jiàn)的用于描述平坦衰落信號(hào)或獨(dú)立 多徑分量接收包絡(luò)統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性的一種分布類型引。在典型的陸地移動(dòng)無(wú)線信 道中，假設(shè)直射波被阻斷，且移動(dòng)單元只能接收到反射波。根據(jù)中心極限定理， 當(dāng)反射波較大時(shí)，接收信號(hào)的兩個(gè)正交分量是均值為零、方差為盯2 的互不相關(guān) 高斯隨機(jī)過(guò)程。因此任意時(shí)刻的接收信號(hào)包絡(luò)服從瑞利概率分布，相位服從 0 ，2 r e 的均勻分布，瑞利分布的概率密度函數(shù)( p d f ) 為： p c 口，= 事e x p 一言a 21 三0 0 , r 0 口8 ， 【0 ， o 式中，參數(shù)a 為直射波的最高幅值；j o 表示修正的零階第一類貝塞爾函數(shù)。 顯然，若在多徑中不存在直射路徑( 即a = o ) ，則r i c i a n 分布退化為r a y l e i g h 分 布。一般r i c i a n 分布常用參數(shù)k 表示，其中k 表示強(qiáng)支配路徑信號(hào)能量與多徑 分量信號(hào)能量之比，通常以d b 方式來(lái)表示，即 k = 1 0 1 0 9 1 0 專( 招) ( 2 - 9 ) 參數(shù)k 叫做r i c i a n 衰落因子，它確定了r i c i a n 信道特性，當(dāng)a 專o ，k 專0 ， 即強(qiáng)支配路徑幅度變小直到消失時(shí)，r i c i a n 分布也就趨近于r a y l e i g h 。 2 4 m 0 信道特性 多入多出( m i m o ，m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) 技術(shù)是無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng) 域的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和 頻譜利用率，能滿足新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的高傳輸速率的要求，是新一代移動(dòng) 通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)之一。 m i m o 系統(tǒng)即多輸入多輸出系統(tǒng)，就是在無(wú)線信道中利用多個(gè)天線收發(fā)來(lái) 抑制信道的衰落。對(duì)于無(wú)線信道而言，由于地形、天氣等因素造成電磁波多路 徑傳播，產(chǎn)生多徑衰落，引起碼間干擾，會(huì)大大降低系統(tǒng)的性能，這是無(wú)線信 道相對(duì)于有線信道一個(gè)先天的缺陷，然而對(duì)于m i m o 系統(tǒng)而言，多徑可以作為 一個(gè)有利因素加以利用。m i m o 系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線( 或陣列 天線) 和多通道，m i m o 的多入多出是針對(duì)多徑無(wú)線信道來(lái)說(shuō)的。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1 3 頁(yè) f ) 敲靄孝蝶俘 y ( f ) 圖2 4m i m o 信道示意圖 圖2 4 給出了一個(gè)典型的m i m o 信道示意圖。 圖中 x ( f ) = _ ( f ) ，x 2 ( f ) ，x 坼( f ) 7 表示發(fā)送信號(hào)，毛( f ) 表示第i 根發(fā)送天線上的信 號(hào)，y ( f ) = 少l ( f ) ，y 2 ( f ) ，少( f ) 7 表示接收信號(hào)，乃( f ) 表示第根接受天線 上的信號(hào)。由此得到發(fā)送端到接收端的無(wú)線信道： 式中珥= 1 心。為第，個(gè)路徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣。 i - 1 , = 啊l 2 啊r 7 l 2 2 兒一h 2 坼 h n r ：j ? h n r ：j i h nr n ：j v ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 7 表示第f 根發(fā)送天線到第根接收天線間第，個(gè)路徑的信道增益，表 示天線對(duì)間信道可分辨徑的數(shù)目。因此： y ( f ) = p ( f 沁( f v ) d r ( 2 _ 1 2 ) 、 乃 一r 一一 萬(wàn)h h = 、 f ，l 一， h 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 4 頁(yè) 總的信道轉(zhuǎn)移矩陣可以表示為： h 像引 協(xié) 上 其中乃= g a o - z - , ) 為第i 根發(fā)送天線到第根接收天線間的信道增益。 由式2 1 3 可以，著出，接收信號(hào)是所有發(fā)送信號(hào)在接受天線上響應(yīng)的和，要從這 些信號(hào)中恢復(fù)出原來(lái)得信號(hào)，我們就要知道天線陣列之間的相關(guān)性與各個(gè)天線 之間的信道響應(yīng)。本文在后續(xù)章節(jié)中應(yīng)用的是非相關(guān)m i m o 信道，這是最理想 的情況。 2 5 本章小結(jié) 認(rèn)識(shí)了解信道的傳播特性是信道估計(jì)的基礎(chǔ)。本章首先介紹了無(wú)線信道的 各種衰落，給出無(wú)線信道模型，然后重點(diǎn)討論了兩大影響因素多徑延時(shí)和 多普勒頻移，及其造成的頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落，然后簡(jiǎn)單介紹了 衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型一瑞利衰落和萊斯衰落，最后介紹了m i m o 信道的特性。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 5 頁(yè) 第3 章s is o - o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì) o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)是m i m o o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)的一個(gè)特例，相 當(dāng)于s l s o o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)。對(duì)o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)的研究將 對(duì)m i m o o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)起著指導(dǎo)性的作用。 3 1 o f d m 系統(tǒng) 3 1 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) o f d m 技術(shù)的基本思想【l3 】是在頻域范圍內(nèi)將信道劃分為個(gè)等寬的并行 子信道從而把高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變?yōu)闂l低速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，然后再線性調(diào)制到 等頻率間隔的一組總數(shù)為且兩兩正交的子載波上。從時(shí)域上看，這些子載波 之間是彼此正交的。從頻域上看，相當(dāng)于一組總數(shù)為的s i n c 函數(shù)的疊加，這 些s i n c 函數(shù)主瓣峰值之間的間距等于子載波的帶寬，該函數(shù)以子載波間隔為周 期周期性地出現(xiàn)零值，這樣恰好在其它子載波的峰值位置處貢獻(xiàn)為零，各子載 波之間完全正交。與以往的單載波傳輸技術(shù)相比，o f d m 具有較高的頻譜利用 率。 圖3 1o f d m 系統(tǒng)模型 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 6 頁(yè) 基于f f r 的o f d m 系統(tǒng)框圖如圖 考慮有n 個(gè)子載波的o f d m 系統(tǒng)， 3 1 所示。 在發(fā)送端，發(fā)送信息經(jīng)過(guò)一定的編碼、 調(diào)制映射等處理，生成數(shù)據(jù)符號(hào) x ( 尼) ) ， x ( 后) ) 經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換、i f f t 變換后 得到時(shí)域信號(hào) x ( 甩) ) 。 一l x ( 以) = i f f t x ( k ) ) = x ( k ) e x p ( j 2 x n k n ) ，0 n n - 1 ( 3 - 1 ) 七= o 在 x ( 跑) 之前加入循環(huán)前綴后，信號(hào)發(fā)送到信道之中；接收端，接收信號(hào) 可以表示為： y ( ，z ) = x ( 刀) ，i ( 玎) + w ( ，1 ) ，0 n n - 1 ( 3 2 ) h ( n ) ：藝穢等鄴萬(wàn)( 卜t ) ，l ：0 1 ，一，一l ( 3 - 3 ) 其中，h ( n ) 為信道脈沖響應(yīng)，c o ( n ) 為加性高斯白噪聲，廠為傳播路徑數(shù)，h i 、 厶和t 分別為第i 徑的復(fù)脈沖響應(yīng)、多普勒頻移和延時(shí)。 y ( n ) 再經(jīng)f f t 轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)r ( k ) 。整個(gè)過(guò)程可簡(jiǎn)化為： y ( 七) = x ( 尼) 日( 七) + 形( 尼) k = o ，1 ，n i ( 3 4 ) 其中，( 后) 為c o ( n ) 的傅利葉變換。 3 1 2o f d m 信道估計(jì)概述 研究表明引，如果在o f d m 系統(tǒng)中采用差分相移鍵控( d p s k ，d i f f e r e n t i a l p h a s es h i f tk e y i n g ) 就不需要進(jìn)行信道估計(jì)，但是這會(huì)限制系統(tǒng)的傳輸速率并導(dǎo) 致大約3 d b 的信噪比損失。鑒于傳輸速率較高，所以在基于o f d m 的新一代無(wú)線 通信系統(tǒng)中要使用相干解調(diào)( c o h e r e n td e t e c t i o n ) 技術(shù)獲得較高的性能。因此信道 估計(jì)成為完全實(shí)現(xiàn)o f d m 系統(tǒng)優(yōu)良性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。 根據(jù)利用的信道估計(jì)資源不同，o f d m 信道估計(jì)又可以分為三類：導(dǎo)頻符 號(hào)輔助調(diào)制( p i l o ts y m b o la s s i s t e dm o d u l a t i o n ，p s a m ) 信道估計(jì)【3 4 】、基于判決 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 7 頁(yè) ( d e c i s i o nd i r e c t ，d d ) 和盲半盲信道估計(jì)。在上述三大類o f d m 信道估計(jì)方法 當(dāng)中，目前使用比較多的是導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)，這類信道估計(jì)所利用的數(shù)學(xué)原 理比較成熟，易于工程實(shí)現(xiàn)。 導(dǎo)頻符號(hào)輔助調(diào)制( p s a m ) 方法是一種利用導(dǎo)頻信息來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)的 方法。這種方法是在發(fā)送端適當(dāng)位置插入導(dǎo)頻，接收端利用導(dǎo)頻恢復(fù)出導(dǎo)頻位 置的信道信息，然后利用某種處理手段如內(nèi)插濾波變化等獲得所有時(shí)段的信道 信息。這里涉及到三個(gè)主要問(wèn)題：( 1 ) 發(fā)送端導(dǎo)頻的選擇與插入；( 2 ) 接收 端導(dǎo)頻位置信道信息獲取的方式；( 3 ) 通過(guò)導(dǎo)頻位置獲取的信道信息如何較好 的恢復(fù)出所有時(shí)刻信道的信息。 圖3 - 2p s a m 實(shí)現(xiàn)框圖 p s a m 信道估計(jì)方法主要依靠插入在數(shù)據(jù)流當(dāng)中的導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)完成對(duì)信道 響應(yīng)的估計(jì)，所以如何選擇導(dǎo)頻信號(hào)的設(shè)置方式對(duì)于信道估計(jì)的性能會(huì)有很大 的影響。這其中包括導(dǎo)頻插入的密度( 即按多少的比例在數(shù)據(jù)流中插入導(dǎo)頻符 號(hào)) 、導(dǎo)頻圖案( 即按怎樣的規(guī)律插入導(dǎo)頻符號(hào)) 等等。根據(jù)最優(yōu)導(dǎo)頻信號(hào)的設(shè) 計(jì)思想，在單天線條件下應(yīng)該采用等功率和等間隔的導(dǎo)頻符號(hào)。 關(guān)于導(dǎo)頻的選擇與插入這個(gè)問(wèn)題有以下理論性結(jié)論【l5 】： ( 1 ) 導(dǎo)頻數(shù)量：在無(wú)噪聲的條件下，o f d m 系統(tǒng)中n 個(gè)子載波中任何l 個(gè)作為訓(xùn)練導(dǎo)頻使用，可以完整的恢復(fù)信道信息； ( 2 ) 導(dǎo)頻位置：在噪聲是加性高斯白噪聲( a w g n ) 條件下，當(dāng)l 個(gè)導(dǎo)頻 的位置為 印+ _ n ，f + 掣 - ，扛o ，l ，了n 一1 時(shí)，可以得到信道信息的 ll l j l m m s e 估計(jì)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 8 頁(yè) 目前來(lái)說(shuō)，常用的導(dǎo)頻圖案有以下兩種： ( a ) 塊狀導(dǎo)頻：導(dǎo)頻在時(shí)域周期性的分配給o f d m 符號(hào)，見(jiàn)圖3 3 。由于 訓(xùn)練符號(hào)包含了所有的導(dǎo)頻，在頻域上是連續(xù)估計(jì)的，所以在頻域就無(wú)需插值。 ( b ) 梳狀導(dǎo)頻：導(dǎo)頻在每個(gè)o f d m 塊中是間隔分布的，見(jiàn)圖3 3 。這種模 式在時(shí)域上是連續(xù)估計(jì)的，因?yàn)橹挥心承┨囟ǖ淖虞d波攜帶導(dǎo)頻，其他的數(shù)據(jù) 子載波上的信道頻域響應(yīng)需要通過(guò)對(duì)相鄰導(dǎo)頻子載波上的信道響應(yīng)插值而得 到。 嘲 毒 盤 。 昌 n w f i m e 塊欲鐐頻圖索 匐 童 雹 墨 覆 圖3 - 3 導(dǎo)頻圖案 3 2o f d m 系統(tǒng)的塊狀導(dǎo)頻信道估計(jì) 3 2 1 基本算法 t i m e 桅狀蟹頻瞪桀 采用塊狀導(dǎo)頻分布的插入方案，導(dǎo)頻在時(shí)域周期性地分配給o f d m 符號(hào)， 所有的子載波均攜帶導(dǎo)頻信息。在接收到含有導(dǎo)頻信息的o f d m 符號(hào)后，接收 端要依據(jù)某種準(zhǔn)則來(lái)有效地從導(dǎo)頻位置恢復(fù)出導(dǎo)頻時(shí)刻信道信息日。常見(jiàn)準(zhǔn)則 有最小二乘( l s ) 準(zhǔn)則，最小均方誤差( m m s e ) 【1 6 】 1 7 】準(zhǔn)則。 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 9 頁(yè) 3 2 1 1 最小二乘( l s ) 準(zhǔn)則估計(jì) l s 估計(jì)就是在不考慮噪聲的條件下，估計(jì)信道的沖擊響應(yīng)向量 二_ 揀，甜， 使如下定義的代價(jià)函數(shù)最小。 j = ( y a f ) ( 】，一燈五) ( 3 5 ) 其中y 是由一個(gè)o f d m 符號(hào)解調(diào)后的輸出信號(hào)組成的向量。 r - r o ，x ，y 一?！縭 f 是傅里葉變換矩陣， 由 f = 暇o w ( n n 一1 ) o 蝶。1 ) w ( n n 一1 ) (