MIMO-OFDM系统信道估计算法的研究及信道容量分析

摘要

多输入多输出与正交频分复用(Multiple Input Multiple Output-OrthogonalFrequency Division Multiplexing,MIMO-OFDM)技术将空间分集、频率分集以及时间分集有机地结合在一起,可较大地提高无线通信中的信道容量与传输速率,并能有效地抵抗衰落、抑制干扰和噪声,成为人们关注的焦点,被认为是下一代无线移动通信的核心技术。
　　 本文首先阐述了论文的研究背景以及OFDM、MIMO技术的发展现状,通过大尺度衰落、阴影衰落、小尺度衰落、多径衰落详细阐述了无线衰落信道的基本特征。随后重点讨论了本文涉及的广义平稳非相关散射(Wide Sense StationaryUncorrelated Scatter,WSSUS)模型、瑞利模型、莱斯模型,MIMO-OFDM系统模型。在此基础上,分析了信道导频辅助估计、信道容量的研究状况,给出了本文的研究问题。
　　 针对基于频域的最小二乘法(LS)具有较低的实现复杂度,但误差性能不是很好的特点,本文第四章在基于均方误差的准则下,从接收端任意天线出发,设计了一种新的导频结构。在该导频序列中相位是相互正交且均匀分布的,理论推导均方误差较小;导频矩阵元素为实数或纯虚数,有效地减小了运算的复杂度。仿真结果显示:新提出的算法在不增加复杂度的基础上,比传统的最小二乘法具有更小的均方误差,并随着信噪比的增大越加明显;该算法比传统的最小二乘法系统误符号率小很多,随着子载波数的增加,在大信噪比的情况下,新提出的算法性能显得更为优越。
　　 多天线系统的信道容量随着发射端或接收端天线数目的增加而增加,但对系统信道容量变化的研究仍存在计算复杂度高、限于特定系统等缺点。本文第五章从天线选择算法出发对多天线系统的信道容量变化进行了详细论证。通过在发射端或接收端增加(减少)天线对,能增加(减小)系统信道容量。MATLAB仿真表明:在信噪比一定的情况下,天线对数目越多,信道容量越大,信道容量增加的速率也越快。无论是概率分布函数反映的平均信道容量,还是累积分布函数反映的信道容量增加的速率,都随着天线对数目的增加而增加的更为明显。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.2.1 无线移动通信的发展

1.2.2 第四代移动通信技术

1.2.3 OFDM技术发展现状

1.2.4 MIMO技术发展现状

1.2.5 MIMO-OFDM技术

1.3 课题的主要任务和意义

1.3.1 信道估计

1.3.2 信道容量

1.4 文章的章节安排和创新点

1.4.1 章节安排

1.4.2 主要创新点

第二章 移动无线信道模型分析

2.1 无线衰落信道的传播特性

2.1.1 大尺度衰落

2.1.2 阴影衰落

2.1.3 多径衰落

2.1.4 时变性及多普勒频移

2.2 衰落信道的动态特性

2.3 典型的多径衰落道模型分析

2.4 本章小结

第三章 MIMO-OFDM理论研究及模型分析

3.1 OFDM的基本原理及系统模型

3.2 OFDM技术特点

3.2.1 OFDM技术优点

3.2.2 OFDM的不足

3.3 MIMO的基本原理及系统模型

3.4 MIMO系统的特点

3.5 MIMO-OFDM系统模型

3.5.1 系统无线移动信道描述

3.5.2 MIMO-OFDM系统描述

3.6 本章小结

第四章 一种基于均方误差估计的导频设计

4.1 引言

4.2 导频辅助信道估计

4.2.1 导频插入方式

4.2.2 频域最小二乘法信道估计

4.2.3 基于最小均方误差的信道估计算法

4.2.4 基于SVD的信道估计算法

4.3 新提出的导频结构

4.4 性能仿真分析

4.5 本章小结

第五章 基于天线选择算法的MIMO系统容量分析

5.1 引言

5.2 天线选择原理及系统模型

5.2.1 天线选择原理

5.2.2 MIMO系统模型

5.3 不同信道模型下的信道容量

5.4 基于天线选择算法的MIMO信道容量变化分析

5.4.1 递增算法下的信道容量

5.4.2 递增算法下的信道容量

5.4.3 递增、递减算法下的信道容量变化分析

5.4.4 复杂度分析

5.5 性能仿真分析

5.6 本章小结

总结与展望

研究工作总结

进一步展望

参考文献

致谢

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