MIMO-OFDM系统中的信道估计和自适应传输技术研究

摘要

未来移动通信发展面临更高传输速率需求与频谱资源日趋紧张的矛盾，多天线发送和多天线接收(MIMO)技术在不增加带宽的情况下能够显著提高通信系统的信道容量，因而得到了广泛的重视。OFDM技术作为一种高效的多载波调制技术，能够对抗频率选择性衰落，消除码间干扰，将OFDM技术应用于宽带MIMO系统是提高带宽效率、降低接收机复杂度的重要途径。实际应用中，MIMO-OFDM系统的相干检测需夔确知信道状态信息(CSI)，而为获得信道状态信息，就必须采用信道估计，信道估计的精确程度将对MIMO-OFDM系统的检测性能产生重要影响。在实际的传播环境中，MIMO无线通信系统的信道极为复杂，诸多因素影响信道容量，寻求适于各种信道环境的自适应传输方法就显得尤为必要。因此，本论文开展MIMO-OFDM系统中信道估计算法及自适应传输技术研究。 论文首先讨论了MIMO-OFDM系统中基于导频的信道估计算法，比较了现有估计算法在衰落信道下的性能。同时研究了非导频子载波处的信道插值算法，并分别在整数倍采样与非整数倍采样的信道下进行了仿真比较，发现当信道整数倍采样时基于DFT的插值算法性能最好，而当信道非整数倍采样时基于DCT的插值算法性能则优于基于DFT的插值算法。 在MIMO-OFDM系统中，虚载波的存在破坏了等功率等间隔且相移正交导频的最优性。论文在研究了不含虚载波时MIMO-OFDM系统最优导频设计的基础上，提出了采用遗传算法来对MIMO-OFDM系统中导频序列进行优化，推导了LS信道估计MSE的一个上界，并将其作为遗传算法的适应度函数。仿真结果表明，导频位置的选取对MSE的影响较大，采用本论文所提算法设计的导频序列优于等功率等间隔的导频序列。 最后，论文针对MIMO-OFDM自适应传输系统，研究了基于最大化信道容量的自适应功率分配算法，推导了发送端确知部分CSI与完整CSI的功率注水矩阵。仿真表明，发送端确知完整CSI时性能最好，确知部分CSI的次之，但其性能差距随信噪比的提高而减少。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略语

声明

第1章 绪论

1.1论文背景

1.1.1移动通信系统的演进

1.1.2 MIMO技术发展与应用

1.1.3 OFDM技术发展与应用

1.2论文主要研究内容及安排

第2章 无线信道模型与MIMO-OFDM系统

2.1无线信道的传播特性

2.1.1信道的衰落特性

2.1.2信道的扩展特性

2.2无线信道的数学模型

2.2.1多径衰落信道模型

2.2.2无线信道统计模型

2.3 MIMO无线信道

2.4 OFDM系统模型

2.4.1 OFDM基本原理

2.4.2 OFDM基带信号模型

2.5 MIMO-OFDM系统模型

2.6本章小结

第3章 MIMO-OFDM的信道估计算法

3.1信道估计的基本原理

3.2基于导频的信道估计算法

3.2.1导频插入方式

3.2.2导频子载波处的信道估计算法

3.2.3非导频子载波处的信道插值算法

3.3仿真结果与分析

3.4本章小结

第4章 MIMO-OFDM系统导频设计

4.1理想系统最优导频设计

4.2含虚载波系统导频设计

4.2.1含虚载波MIMO-OFDM系统

4.2.2基于遗传算法的导频设计

4.3仿真结果与分析

4.4本章小结

第5章 MIMO-OFDM自适应传输技术研究

5.1 MIMO系统的信道容量

5.2 MIMO-OFDM自适应功率分配算法

5.2.1 MIMO-OFDM自适应传输系统

5.2.2完整CSI时自适应功率分配算法

5.2.3部分CSI时自适应功率分配算法

5.3仿真结果与分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1论文内容总结

6.2进一步研究的方向

致谢

参考文献