摘要 m i m o 技術(shù)能夠充分利用無(wú)線信道中的多徑效應(yīng)，在不增加系統(tǒng)帶寬的情況 下大幅度提高系統(tǒng)容量；o f d m 技術(shù)對(duì)頻率選擇性衰落信道有很強(qiáng)的魯棒性。因 此，將m i m o 與o f d m 技術(shù)相結(jié)合來(lái)提高系統(tǒng)的容量和性能，成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn) 性的研究。m i m o o f d m 技術(shù)將o f d m 與空時(shí)編碼技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，能夠 大幅度地提高無(wú)線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效的抵抗多徑衰落、 抑制干擾和噪聲，從而引起了通信界的廣泛關(guān)注。 本文闡述了m i m o o f d m 系統(tǒng)的基本原理，指出信道估計(jì)是決定系統(tǒng)性能的 關(guān)鍵因素之一。圍繞系統(tǒng)的盲信道估計(jì)這一關(guān)鍵技術(shù)，簡(jiǎn)要介紹了兩種盲信道估 計(jì)算法，即：利用線性預(yù)編碼的盲信道估計(jì)和基于二階統(tǒng)計(jì)特性的盲信道估計(jì)算 法。最后重點(diǎn)研究了基于子空間的盲信道估計(jì)算法及其改進(jìn)算法，該改進(jìn)算法對(duì) 信道真實(shí)階數(shù)不敏感因而能快速收斂，當(dāng)存在v c 時(shí)，該方法可適用于c p 不足和 沒(méi)有c p 的m i m o 0 f d m 系統(tǒng)，從而潛在地增加了信道利用率，并且該方法同樣適 用于發(fā)送天線數(shù)目大于接收天線數(shù)目的m i m o o f d m 系統(tǒng)，作者通過(guò)m a t l a b 仿真 驗(yàn)證了該算法的可行性和有效性。 關(guān)鍵詞：多輸入多輸出正交頻分復(fù)用盲信道估計(jì)子空間方法 a b s t r a c t u t i l i z i n gt h es p a c i a id i v e r s i t yo b t a i n e d 磅s p a t i a l l ys e p a r a t e da n t e n n a si nad e n s e m u l t i p a t hs c a t t e r i n ge n v i r o n m e n t , m u l t i p i e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p u tc o m m u n i c a t i o nc a n i n c r e a s es i g n i f i c a n t l yt h ec h a n n e lc a p a c i t yw i t h o u tt h eb a n d w i d t hi n c r e a s i n g o f d m i sr o b u s ta g a i n s tt h ef r e q u e n c y - s e l e c t i v ef a d i n gc h a n n e l s t h u s ，i ti sac h a l l e n g et o r e s e a r c ho nm i m o - o f d m s y s t e m st oa c h i e v eh i g hd a t ar a t ea n dh i g hc h a n n e lc a p a c i t y a n d r e c e n t l y , i n c r e a s i n gi n t e r e s th a sc o n c e n t r a t eo nm m o * o f d ms y s t e m sf o ri tc a n p r o v i d eh i 醵d a t ar a t e sa n dh j 鼬c h a n n e lc a p a c i t yo v e rb r o a d b a n dw i r e l e s sc h a n n e l s ，i t c a nc o m b a tt h em u l t i p a t hf a d i n g ，a n di tc a na l s or e s t r a i nt h ei n t e r f e r e n c ea n dt h e n o i s e i nt h i sp a p e r , w ed i s c u s st h ep r i n c i p l eo f m i m o o f d ms y s t e m s ，p o i n to u tt h a tt h e c h a n n e le s t i m a t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n td e m e n t sf o rt h ep e r f o r m a n c eo ft h e s y s t e m s t w ob l i n dc h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o d sw h i c ha r eb l i n dc h a n n e le s t i m a t i o nf o r m i m o - o f d ms y s t e m sv i an o n r e d u n d a n tl i n e a r p r e c e d i n g a n db l i n dc h a n n e l e s t i m a t i o na l g o r i t h mb a s e do ns e c o n d o r d e r - s t a t i s t i c sh a v eb e e ni n t r o d u c e di nc h a p t e r 3 f u r t h e r m o r e ，as u b s p a c e b a s e db l i n dc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h ma n di t si m p r o v e d a l g o r i t h mh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d t h ei m p r o v e da l g o r i t h mo b t a i n sa c c u r a t ec h a n n e l e s t i m a t i o na n df a s tc o n v e r g e n c e 巔融i n s e n s i t i v i t y | oo v e r e s t i m a t e so ft h et r u ec h a r m e l o r d e r i f v i m t a lc a r r i e r s ( v c s ) a r ea v a i l a b l e ，t h ep r o p o s e dm e t h o dc a nw o r kw i t hn oo r i n s u f f i c i e n tc y c l i cp r e f i x ( c p ) ，t h e r e b yp o t e n t i a l l yi n c r e a s i n gc h a n n e lu t i l i z a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ep r o p o s e dm e t h o dc a na l s ow o r kw i t hm i m o o f d ms y s t e m sw h i c h h a v em o r et r a n s m i ta n t e n n a st h a nr e c e i v ea n t e n n a s s i m u t a t i o nr e s u l t si l l u s t r a t et h e f e a s i b i l i t ya n dt h ea v a i l a b i l i t yo f t h i sa l g o r i t h m k e y w o r d s ：m i m o o f d mb l i n dc h a n n e le s t i m a t i o n s u b s p a e em e t h o d 獨(dú)創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在 導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo) 注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成 果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的 材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō) 明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名：量瓷日期：鹼監(jiān)：圣：l 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即；研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保 留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi) 容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后 結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。 ( 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定) 本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用本授權(quán)書。 本人簽名： 導(dǎo)師簽名 i 鷲 苧匝窆 f 紐挫 日期：塑璺至 且覿：印。罟? 。| 第章縫論 第一章緒論 本章主要介紹移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。并 繪篷本文主要鶼磺究 壬務(wù)及意義，以及主要靜工作和內(nèi)察安 霉。 1 1 歷史與現(xiàn)狀 近年來(lái)，移動(dòng)通信以其可移動(dòng)性、靈活性、維護(hù)方便、易于擴(kuò)展和良好的性 價(jià)比，取得了暇大的發(fā)展，而且，髓著i n t e m e t 業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和多媒體威用的高 速增長(zhǎng)，久 】瓣潮絡(luò)翡榮寬、q o s 霹擴(kuò)最佳等提出了雯薅戇要求玨】。輯以蠢必要了 解一下移動(dòng)逶僚魏發(fā)展歷史，戳及潮肉夕 的磅究現(xiàn)狀弱來(lái)來(lái)豹發(fā)展趨勢(shì)。 1 1 1 移動(dòng)通信的發(fā)展歷史 在2 0 世紀(jì)，無(wú)線電臺(tái)在第二次擻界大戰(zhàn)中的廣泛威用使移動(dòng)通信邁出了第一 步。到7 0 年代，美國(guó)炙零實(shí)驗(yàn)室警先提出蜂窩靜援念，瓣決了頻率復(fù)矮豹潤(rùn)題。 舞8 0 年代，丈矮摸集成電路技術(shù)殷謗算祝技術(shù)戇發(fā)鼴突飛猛逶，長(zhǎng)贛難黻瓣決懿 移動(dòng)通信終端小越化的問(wèn)題得到初步的解決，這給移動(dòng)通信的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 于是，美國(guó)為了滿足用戶增長(zhǎng)的需求，提出了基于小醫(yī)制的第一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信 系統(tǒng)觸時(shí)s 系統(tǒng)。這也是世界上第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的，可能商用的，能夠 滿是隨時(shí)隨域邋鎊豹丈套量移動(dòng)遇信系統(tǒng)。它主要建嶷在頻率復(fù)用基礎(chǔ)土，較好 蟪瓣凌了頻譜瓷滾受隈靜聞蘧，弗繃有更大靜窯羹移燮好懿語(yǔ)音震羹。這豢移動(dòng) 通信發(fā)展史上輿有里程碑的意義。a m p s 系統(tǒng)在j b 美獲得的巨大成功，有力地刺 激了全世界蜂黼移動(dòng)通信的研究與發(fā)展。隨后，歐洲備國(guó)和日本都開(kāi)發(fā)了自己的 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。具有代表性的肖歐辛| 稍的t a c s ，北歐的n m t 和日本的n t t 系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)采瑗的都是基予頻分多址( f d m a ) 的援?dāng)M裁式，統(tǒng)稱為第代模 羧移魂逶信系統(tǒng)。 第一代模擬通信系統(tǒng)主要建救在頻分多址接入秘蜂窩頻率復(fù)用的穗論基礎(chǔ) 上，在商業(yè)上取得了巨大的成功。但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際應(yīng) 用，許多問(wèn)題遴漸暴露出來(lái)。例如所支持的業(yè)務(wù)單一，頻譜利用率太低，保密性 差等。特別是農(nóng)歐洲，一個(gè)國(guó)家露一個(gè)國(guó)家自己的標(biāo)濺期體制，無(wú)法解決跨國(guó)家 懿漫游溺題，壤綴移動(dòng)逶薅系統(tǒng)經(jīng)建l o 余年魏發(fā)矮瑟，終予在麓整紀(jì)粥華我鎊 逐步被更先遴的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通僚系統(tǒng)即第二代( 2 g ) 移動(dòng)通信系統(tǒng)所代替。 推動(dòng)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿υ跉W洲。因?yàn)闅W洲國(guó)家比較小，要 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和制式的統(tǒng)一才可能解決跨國(guó)家漫游的問(wèn)題，所以從2 0 世紀(jì)8 0 年代起 就有人開(kāi)始研究數(shù)字蜂窩移動(dòng)通傣系統(tǒng)。第二代移動(dòng)邋信系統(tǒng)是隨著超大規(guī)模集 2 m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及語(yǔ)音數(shù)字處理技術(shù)的日益成熟而發(fā)展起來(lái) 的。在2 0 世紀(jì)8 0 年代，歐洲各國(guó)提出來(lái)多種方案，并于8 0 年代中后期進(jìn)行了這 些方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)比較，最后集中為時(shí)分多址( t d m a ) 的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，即 g s m 系統(tǒng)，g s m 系統(tǒng)以其先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)越的性能在世界上得到廣泛應(yīng)用。 與歐洲比較，美國(guó)在第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)方面的起步要遲一些。1 9 8 8 年， 美國(guó)制定了基于t d m a 技術(shù)的i s 5 4 i s 1 3 6 標(biāo)準(zhǔn)，i s 1 3 6 是一種模擬、數(shù)字雙模 標(biāo)準(zhǔn)，可以兼容a m p s 。值得一提的是美國(guó)高通公司在2 0 世紀(jì)9 0 年代初提出了 c d m a 技術(shù)，并在1 9 9 3 年由電信工業(yè)協(xié)會(huì)( t i a ) 完成，標(biāo)準(zhǔn)化成為i s 9 5 標(biāo)準(zhǔn)。這 也是第三代( 3 g ) 移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中c d m a 2 0 0 0 技術(shù)的雛形1 2 1 。 隨著計(jì)算機(jī)的大量應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)在現(xiàn)代通信業(yè) 務(wù)中的比例逐年上升。移動(dòng)電話的便利使人們對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生自然而然的期 盼，以至于人們?cè)缫压串嫵鰝€(gè)人通信( p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n ) 的美好前景。作為一 個(gè)近期目標(biāo)，第三代移動(dòng)通信( 3 g ) 及其所提供的多媒體業(yè)務(wù)即將走入人們的生活。 國(guó)際電聯(lián)( i t u ) 對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的總體要求都體現(xiàn)在i m t - 2 0 0 0 上，概括 地講，有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 占用更高的頻段( 2 g h z ) 和更大的帶寬( 5 m h z ) ： ( 2 ) 支持更高速率的多媒體業(yè)務(wù)：話音、數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)接入、運(yùn)動(dòng)圖 像傳輸?shù)龋?( 3 ) 支持更高速率的數(shù)據(jù)傳輸；室內(nèi)2 m b p s 、室外步行3 8 4 k b p s 、室外高速移 動(dòng)1 4 4 k b p s ： ( 4 ) 與第二代移動(dòng)通信網(wǎng)兼容； ( 5 ) 具有更高的頻譜利用率及更高的系統(tǒng)容量。 毋庸置疑，無(wú)線傳輸技術(shù)( r t t ) 是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中最重要的組成部分， 也是世界各國(guó)、各地區(qū)為形成未來(lái)通信體制而展開(kāi)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。無(wú)線傳輸技術(shù)主 要包括多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道編碼及交織、雙工技術(shù)、物理信道結(jié)構(gòu)與復(fù)用、 幀結(jié)構(gòu)、無(wú)線資源分配與鏈路控制、r f 信道參數(shù)設(shè)置等等。根據(jù)i r i u 的一般要求 和目標(biāo)，世界各國(guó)、各地區(qū)組織對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行了廣泛 而持久的研究，并提出了多種技術(shù)方案，逐步形成了被國(guó)際社會(huì)認(rèn)可的三個(gè)主要 標(biāo)準(zhǔn)：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。 移動(dòng)通信無(wú)線傳輸系統(tǒng)的特殊性，使得實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體通信要比固定網(wǎng)難得 多。盡管如此，人們對(duì)移動(dòng)通信仍寄予厚望。人們總希望現(xiàn)有固定網(wǎng)能支持多媒 體業(yè)務(wù)，甚至那些只存在于想象中的通信業(yè)務(wù)在未來(lái)的移動(dòng)通信中都能予以實(shí)現(xiàn)。 所以人們認(rèn)為，最高速率只有2 m b p s 的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)稱不上真正的寬帶多 媒體通信，于是，在提出3 g 技術(shù)方案的同時(shí)，便有人提出超3 g ( i l p 后3 6 ) 的無(wú)線 傳輸技術(shù)研究，甚至紛紛提出4 g 、5 g 的概念。 第一章緒論 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)( 4 g ) 在業(yè)務(wù)上、功能上、頻帶上都將不同于第三代系統(tǒng)， 它可稱為寬帶接入( b r o a d b 鋤da c c e s s ) 和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱的超過(guò)2 m b p s 的數(shù) 據(jù)傳輸能力，其主要的指標(biāo)有： ( 1 ) 為用戶終端提供高達(dá)幾十到上百m b p s 的峰值無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率，支持包 括高速互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)下載、高質(zhì)量視頻點(diǎn)播在內(nèi)的各種媒體傳輸業(yè)務(wù)，使之成為真 正意義上的寬帶多媒體無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)； ( 2 ) 與i n t e r n e t 技術(shù)高度結(jié)合，相互補(bǔ)充、相得益彰，使之成為一個(gè)具有 強(qiáng)大生命力和廣闊市場(chǎng)前景的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)； ( 3 ) 開(kāi)發(fā)新頻段并大幅度提高無(wú)線傳輸技術(shù)的頻譜效率，滿足大容量無(wú)線移動(dòng) 通信的需求。 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 要達(dá)至04 g 的上述要求，必須開(kāi)發(fā)與之配套的一系列新技術(shù)，其中包括最為關(guān) 鍵的高速無(wú)線傳輸技術(shù)。而新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)給無(wú)線傳輸技術(shù)提出的主要難題 是： ( 1 ) 如何大幅度地提高頻譜效率； ( 2 ) 如何實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾十到幾百m b p s 的峰值無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。 正交頻分復(fù)用( 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 ，o f d m ) 和多輸入多 輸出( m u l t i p l ei n p u ta n dm u l t i p l eo u t p u t ，m i m o ) 的結(jié)合能夠大幅度地提高無(wú)線通信 系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗多徑衰落、抑制干擾和噪聲，而這 些不需要額外的功率和帶寬，從而引起了通信界的廣泛關(guān)注。使之成為實(shí)現(xiàn)無(wú)線 信道高速數(shù)據(jù)傳輸最具希望的解決方案之一，具有非常廣闊的研究和發(fā)展前景。 正交頻分復(fù)用( o f d m ) 【3 】- 【8 】技術(shù)是一種高效的多載波調(diào)制技術(shù)，它能有效地對(duì) 抗多徑衰落，使受干擾的信號(hào)能夠可靠地接收。它在頻域把信道分成若干正交子 信道，將高速數(shù)據(jù)流分割為很多個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子載波上并行傳輸。 o f d m 中各載波相互正交，正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這 樣減少了各載波之間的相互干擾( i c i ) ，并且各載波可以相互重疊，每個(gè)子載波的 峰值都對(duì)應(yīng)其它子載波的零值，因此也就提高了頻譜利用率。同時(shí)，由于在每個(gè) 子信道上信號(hào)帶寬小于信道帶寬，盡管總的信道非平坦，即具有頻率選擇性，但 是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，從而大大減少了符號(hào)間干擾( i s i ) 。因此，o f d m 通 過(guò)將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)換成相對(duì)平坦的子信道，減小了多徑衰落的影響。此 外，通過(guò)在o f d m 中添加循環(huán)前綴( c p ) 進(jìn)一步增強(qiáng)其抗多徑衰落的能力，而且由 于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易， 0 f d m 明顯地降低了寬帶無(wú)線系統(tǒng)的復(fù)雜性。o f d m 技術(shù)以其抗多徑能力強(qiáng)，頻 m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，如：h d s l ，a d s l ，d a b 和d v b ， 無(wú)線局域網(wǎng)i e e e 8 0 2 1 l a 和h i p e r l a n 2 ，以及無(wú)線城域網(wǎng)i e e e 8 0 2 1 6 等等。 m i m o 叫- 【9 】技術(shù)利用多發(fā)送天線和多接收天線來(lái)抑制信道衰落，在不增加帶寬 和發(fā)送功率的情況下，可以有效地提高信道容量，提高頻譜利用率。同時(shí)可以利 用m i m o 技術(shù)的空間復(fù)用增益和空間分集增益提高信道的可靠性，降低誤碼率。 進(jìn)一步將其與信道編碼技術(shù)相結(jié)合，可以大大提高通信系統(tǒng)的性能?？諘r(shí)編碼技 術(shù)正是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的編碼和信號(hào)處理技術(shù)，它將信道編碼技術(shù) 與陣列處理技術(shù)相結(jié)合，大幅度地提高無(wú)線通信中的系統(tǒng)容量和傳輸速率，為解 決無(wú)線信道的帶寬問(wèn)題提供了一條新的途徑。 但是，現(xiàn)有的空時(shí)編碼理論大都基于平坦衰落信道，但實(shí)際大多數(shù)無(wú)線通信 環(huán)境都屬于快衰落情況( 信道非平坦) ，此時(shí)系統(tǒng)的性能會(huì)急劇下降，這就使得空時(shí) 碼在未來(lái)寬帶移動(dòng)通信中的應(yīng)用受到極大的限制。自從1 9 9 6 年首次提出將0 f d m 與空時(shí)編碼相結(jié)合( 稱為m i m o o f d m ) 以來(lái)，m i m o o f d m 技術(shù)很快引起了通信 界的廣泛關(guān)注。由于合并了o f d m 技術(shù)，頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為若干并行平 坦衰落子信道，這樣的系統(tǒng)具有空時(shí)編碼帶來(lái)的分集增益和編碼增益，同時(shí)兼得 o f d m 接收機(jī)均衡器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。從而在未來(lái)的寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域中采用 m i m o o f d m 技術(shù)成為了一種發(fā)展的必然和技術(shù)的關(guān)鍵。 未來(lái)的無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，并取得更可靠的性能，全面 采用了下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。m i m o 和o f d m 技術(shù)在各自的領(lǐng)域都發(fā) 揮了巨大的作用，將二者相結(jié)合并應(yīng)用到下一代無(wú)線寬帶網(wǎng)中，是目前無(wú)線通信 系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，這勢(shì)必將使無(wú)線寬帶網(wǎng)向著更高速率、更大容量和更好性 能的方向發(fā)展，在人們的日常生活中起到越來(lái)越重要的作用。 1 2 課題研究的主要任務(wù)及意義 m i m o o f d m 技術(shù)作為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)( 4 g ) 的關(guān)鍵技術(shù)之一，正是本課 題的研究主題。 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，并能有效地抵抗衰落、抑制干 擾和噪聲。在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜效率，m i m o o f d m 系統(tǒng) 通常采用幅度非恒定的調(diào)制方式，例如1 6 q a m 等，在這種情況下，接收端需要信 道狀態(tài)信息c s i 才能進(jìn)行相干解調(diào)，另外，空時(shí)編碼的譯碼也需要有精確的信道 狀態(tài)信息才能完成。因此，信道估計(jì)是m i m o - o f d m 系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要 任務(wù)。 有關(guān)o f d m 系統(tǒng)中的信道估計(jì)通?？梢苑譃榛谟?xùn)練序列的方法、基于導(dǎo)頻 第一章緒論 符號(hào)的方法和盲估計(jì)方法三類，但因?yàn)閙 1 m o o f d m 系統(tǒng)采用多個(gè)發(fā)射接收天線， 其接收信號(hào)是多個(gè)發(fā)射天線發(fā)送信號(hào)的衰落與加性噪聲的疊加，若采用上述算法 估計(jì)信道，對(duì)于某個(gè)特定的發(fā)射接收天線對(duì)，來(lái)自于其它天線的信號(hào)即為干擾， 信號(hào)噪聲功率比常常在0 d b 以下，從而帶來(lái)很大的估計(jì)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇 下降，因此，m i m o o f d m 系統(tǒng)中的信道估計(jì)是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)且極具意義的研究 領(lǐng)域。本文將針對(duì)m i m o o f d m 系統(tǒng)中的信道估計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究。 m i m o o f d m 系統(tǒng)中的信道估計(jì)包括：基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法1 1 2 】?！? 4 】；基于 訓(xùn)練序列的信道估計(jì)算法【1 5 】【1 6 l ；盲信道估計(jì)算法【1 7 j 【3 9 】。其中，基于導(dǎo)頻的信道估 計(jì)算法包括：基于梳狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)和基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)；基于訓(xùn)練序 列的信道估計(jì)算法包括：基于訓(xùn)練序列的m m s e 估計(jì)和基于訓(xùn)練序列的l s 估計(jì)； 盲信道估計(jì)算法包括：基于高階統(tǒng)計(jì)量算法和基于二階統(tǒng)計(jì)量算法。 由于基于導(dǎo)頻訓(xùn)練的估計(jì)浪費(fèi)了部分有用的帶寬，而且需要發(fā)射機(jī)與接收機(jī) 的有效協(xié)作才能很好地工作，因此近年來(lái)出現(xiàn)了大量的盲信道估計(jì)技術(shù)，它不使 用訓(xùn)練序列，從而提高了帶寬效率，并使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)協(xié)同性的要求降低，在 提高通信系統(tǒng)的容量和可靠性方面有很大的潛力l l o j 。目前在m i m o o f d m 領(lǐng)域， 盲信道估計(jì)的研究盡管不像導(dǎo)頻輔助訓(xùn)練估計(jì)那么成熟，但方法很多。比如：文 獻(xiàn)1 2 2 1 ?！? 5 i 利用線性預(yù)編碼對(duì)m i m o o f d m 系統(tǒng)進(jìn)行盲信道估計(jì)；文獻(xiàn) 2 6 1 通過(guò)使用 虛載波來(lái)進(jìn)行盲信道估計(jì)，提高了信道利用率并降低計(jì)算復(fù)雜度；文獻(xiàn) 2 7 1 - 3 1 1 利用 二階統(tǒng)計(jì)特性，最大似然方法對(duì)多信道進(jìn)行盲估計(jì)；文獻(xiàn)【3 2 1 - 【鯽】利用子空間方法 來(lái)對(duì)信道盲估計(jì)；另外還有不少研究將盲估計(jì)與m i m 0 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。本文主要研究基于子空間的盲信道估計(jì)技術(shù)。 1 3 本文的主要工作及內(nèi)容安排 本文圍繞m i m o o f d m 系統(tǒng)中的盲信道估計(jì)技術(shù)展開(kāi)分析研究，研究過(guò)程 中，采取了理論分析和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的手段，在理論和實(shí)踐方面驗(yàn)證研究的 正確性和可行性，主要進(jìn)行了以下三個(gè)方面工作： ( 1 ) 研究了m i m o o f d m 系統(tǒng)的原理及其結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，指出信道估計(jì)是決定 系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。 ( 2 ) 分析了m i m o o f d m 系統(tǒng)的三種信道估計(jì)技術(shù)，研究了各自的原理及優(yōu) 缺點(diǎn)，指出盲信道估計(jì)在提高信道容量和系統(tǒng)可靠性方面的巨大潛力。 ( 3 ) 深入分析了m i m o o f d m 盲信道估計(jì)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的最新研究成果，并 針對(duì)2 發(fā)3 收的m i m o o f d m 系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了基于子空間的盲信道估計(jì)技術(shù)， 并用m a t l a b 進(jìn)行性能仿真，驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。 6 m i m o - o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 論文共分為五章，結(jié)構(gòu)安排如下； 第二章以m i m o o f d m 技術(shù)為核心，闡述了o f d m 和m i m o 的基本原理， 討論了m i m o o f d m 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，指出信道估計(jì)是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。 第三章對(duì)m 1 m o o f d m 系統(tǒng)的信道估計(jì)算法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，闡述了三種信 道估計(jì)方法的基本原理，指出盲信道估計(jì)相對(duì)其它兩種方法的優(yōu)勢(shì)所在。即盲信 道估計(jì)不像基于訓(xùn)練序列估計(jì)方法那樣需要發(fā)送訓(xùn)練序列，故提高了帶寬利用率。 并簡(jiǎn)單介紹了兩種盲信道估計(jì)方法，利用線性預(yù)編碼的方法和基于二階統(tǒng)計(jì)特性 的方法。 第四章重點(diǎn)討論了基于子空間的盲信道估計(jì)技術(shù)，由于常用的基于子空間算 法的前提是發(fā)送天線數(shù)目不大于接收天線數(shù)目，故作者研究了一種改進(jìn)的基于子 空間的盲信道估計(jì)技術(shù)，該方法可以用于有c p 和沒(méi)有c p 兩種情況，并且對(duì)信道 階數(shù)過(guò)估計(jì)不敏感，因而能快速收斂，另外，該方法也可用于發(fā)送天線數(shù)目大于 接收天線數(shù)目的m i m o o f d m 系統(tǒng)，文中通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了該方法的可行性 和有效性。 第五章總結(jié)全文內(nèi)容，提出了本課題有待于進(jìn)一步深入研究的問(wèn)題，并展望 該領(lǐng)域的研究發(fā)展趨勢(shì)。 第二章m i m o o f d m 系統(tǒng)的基本原理 7 第二章m i m o o f d m 系統(tǒng)的基本原理 隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的性能和數(shù)據(jù)速率的要求 也越來(lái)越高。理論上說(shuō)，作為高速無(wú)線局域網(wǎng)核心的o f d m 技術(shù)，只要適當(dāng)選擇 各載波的帶寬和采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)，多徑衰落對(duì)系統(tǒng)的影響可以完全消除。因此 如果沒(méi)有功率和帶寬的限制，我們可以用o f d m 技術(shù)實(shí)現(xiàn)任何傳輸速率。但實(shí)際 上，為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)傳輸速率，使用多載波調(diào)制技術(shù)的無(wú) 線局域網(wǎng)需要增加載波的數(shù)量，而這種方法會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和帶寬，這對(duì)當(dāng) 前帶寬和功率受限的無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)就不太適合了。而m i m o 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，因此將o f d m 技術(shù)與 m i m o 技術(shù)相結(jié)合是下一代無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。研究表明，在瑞利衰落信道 環(huán)境下，o f d m 系統(tǒng)非常適合使用m i m o 技術(shù)來(lái)提高容量。 2 1o f d m 基本原理 o f d m 技術(shù)其實(shí)是多載波調(diào)目6 ) j ( m c m ) 技術(shù)的一種。其主要思想是：將信道分 成許多正交予信道，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，從而減少了子信道之 間的相互干擾( i c i ) 。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子 信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了信號(hào)間的干擾( i s i ) 。 由于在o f d m 系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，因此它們的頻譜是相互重 疊的( 如圖l 所示) ，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用 率。各個(gè)子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用快速傅里葉逆變換( i f f t ) 和快速 傅里葉變換( f f t ) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理器( d s p ) 技術(shù)的 發(fā)展，i f f t 和f f t 都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。f f t 的引入大大降低了o f d m 的實(shí)現(xiàn)復(fù) 雜性，提升了系統(tǒng)的性能。 一于曩渡同蠢 1 i 蝴廠、廠、廠、廠、 弋 j ( a )( b ) 圖2 1o f d m 信號(hào)的頻譜 ( a ) o f d m 子帶頻譜；( b ) 五個(gè)子載波的o f d m 信號(hào)頻譜 為了能夠完全消除i s i ，通常在o f d m 符號(hào)中引入保護(hù)間隔，最有效地保護(hù)問(wèn) m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 隔是使用符號(hào)的循環(huán)擴(kuò)展，即把符號(hào)結(jié)尾的一段復(fù)制加到符號(hào)的起始端，如圖2 2 所示。由于碼元符號(hào)是周期的，保持了子載波間的正交性，減小了載波間干擾( i c i ) 的影響。只要選取的保護(hù)間隔大于信道的最大遲延擴(kuò)展，就會(huì)完全消除i s i 和i c i 的影響。 保護(hù)間隔堙 2 1 1o f d m 信號(hào)的數(shù)學(xué)描述 圖2 2 加c p 的o f d m 符號(hào) 設(shè)o f d m 信號(hào)發(fā)射周期為t ，在一個(gè)周期內(nèi)傳輸?shù)膎 個(gè)符號(hào)為 ( d o ，d i9 - o ) ，d ，一，) 。第七個(gè)符號(hào)b 調(diào)制第七個(gè)載波五，所以合成的o f d m 信號(hào)為 s ( f ) = 兄 薈n - i 見(jiàn)p 口棚) ，【o ，卅 ( 2 - 1 ) 其中：設(shè)發(fā)射載頻為f o ，為使各子載波在整個(gè)o f d m 信號(hào)的符號(hào)周期內(nèi)滿足正交 性，令五= 五+ k a r ( k = o 1 ，n - 1 ) ，鱸為子載波之間的頻率間隔，取 v 寺?lián)?， s = r 簍o dke2ik-0卜m t k = op m m 爭(zhēng)， j j = 足 ( 薹q p 口f ；，p 口砒) = 足 c ( ，) p 正確 ( 2 - 3 ) 其中s ( t ) 信號(hào)的復(fù)包絡(luò)為 砸) = 墓q p m 爭(zhēng) ( 2 4 ) 如果以正= i t , 為采樣頻率對(duì)c ( f ) 采樣，那么一個(gè)發(fā)射周期內(nèi)共有r r = n 個(gè) 采樣值，取o n n 1 ，則有 g = c ( f ) i ，；鴨= 薹。i p 口f ；鴨= 薹q p 犯f 等 ( 2 - 5 ) 由式( 2 5 ) 可見(jiàn)，以z 對(duì)o f f ) 采樣所得的個(gè)樣值( c 0 ，c i ，c 。一。) 剛好為 ( d o ，d i ，三) 一。) 的n 點(diǎn)反向離散傅里葉變換( i d f d 。因此o f d m 系統(tǒng)可以這樣實(shí) 現(xiàn)：在發(fā)射端，先由( d o ，d l ，o o9 i 一。) 的i d f t 求得( c 0 ，c i ，g 一。) ，再經(jīng)過(guò)低通濾 第二章m i m o o f d m 系統(tǒng)的基本原理 9 波器即得所需的o f d m 信號(hào)c ( t ) ；在接收端，先對(duì)c ( f ) 采樣得到( c o ，c l ，c 一1 ) ，再 對(duì)( c o ，c l ，c 一。) 求d f t ，即得( d o ，d l ，d ，一1 ) 在實(shí)際應(yīng)用中，可以使用d f t 的快速算法f f t 來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用易于實(shí)現(xiàn)的f f t 和i f f t 技術(shù)，快速實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)，而且容易利用d s p 電路簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，大大降低 了o f d m 系統(tǒng)的復(fù)雜性。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā) 展，許多d s p 芯片的運(yùn)算能力越來(lái)越快，顯著改善了系統(tǒng)的性能，更進(jìn)一步推動(dòng) 了o f d m 技術(shù)的發(fā)展。目前，o f d m 技術(shù)已被普遍認(rèn)為是新一代無(wú)線通信系統(tǒng)必 須采用的關(guān)鍵技術(shù)。圖2 3 給出了o f d m 系統(tǒng)的原理框圖。 i _ 。一i 窶強(qiáng)歪h 夢(mèng)刪 2 1 2o f d m 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 圖2 3o f d m 系統(tǒng)的原理框圖 o f d m 作為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)1 6 j ： ( 1 ) 頻譜利用率很高。o f d m 相鄰的子載波相互重疊，從而提高了頻譜利用 率。 ( 2 ) 抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，有利于移動(dòng)接收。由于o f d m 系 統(tǒng)把數(shù)據(jù)分散到許多個(gè)子載波上，大大降低了各子載波的符號(hào)速率，從而減弱多 徑傳播的影響，若再通過(guò)采用加循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的方法，甚至可以完全消 除符號(hào)間干擾。在具有相同多徑時(shí)延的信道傳輸中，o f d m 均衡器的復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于具有相同性能的單載波方案。 ( 3 ) 采用動(dòng)態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統(tǒng)達(dá)到最大比特率。通過(guò)選取各子信道， 每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)以及分配給各子信道的功率使總比特率最大。即要求各子信道 信息分配應(yīng)遵循信息論中的“注水定理”，亦即優(yōu)質(zhì)信道多傳送，較差信道少傳送， 劣質(zhì)信道不傳送的原則，可以有效地對(duì)抗窄帶干擾，因?yàn)檎瓗Ц蓴_只能頻率選擇 性地影響一小部分載波上的數(shù)據(jù)。 ( 4 ) 通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力。通過(guò)將各個(gè)信道 聯(lián)合編碼，可以使系統(tǒng)性能得到提高。在變化相對(duì)緩慢的時(shí)變信道中，o f d m 方 案可以通過(guò)改變系統(tǒng)參數(shù)明顯地提高傳輸速率。 ( 5 ) 基于離散傅立葉變換( d f t ) 的o f d m 有快速算法，o f d m 采用i f f t 和 1 0 m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 f f t 來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用d s p 實(shí)現(xiàn)。 但是，o f d m 技術(shù)存在有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)： ( 1 ) o f d m 有高的峰均功率比( p a p r ) 。o f d m 發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的瞬時(shí)值會(huì) 有較大的波動(dòng)，這要求系統(tǒng)內(nèi)的一些部件具有很大的線性動(dòng)態(tài)范圍。這導(dǎo)致了非 常低的射頻功放效率和昂貴的發(fā)射機(jī)成本，而且對(duì)放大器的線性特性要求比較高； ( 2 ) 對(duì)載波頻率偏移敏感。o f d m 技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子 載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會(huì)使各個(gè)子載波之間的正交特性惡化， 這導(dǎo)致了同步的復(fù)雜。 這兩個(gè)缺點(diǎn)都不利于滿足終端尺寸限制的要求，成為o f d m 應(yīng)用于移動(dòng)通信 的主要障礙。 2 2m i m o 基本原理 m 訂o 通信系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單地定義為只要在發(fā)射端和接收端分別采用多個(gè)天線 ( 或陣列天線) 的通信系統(tǒng)。m i m o 的多輸入多輸出是針對(duì)多徑無(wú)線信道而言的。 m i m o 技術(shù)的機(jī)理是信號(hào)通過(guò)發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而 改善每個(gè)用戶得到的服務(wù)質(zhì)量( 誤比特率或數(shù)據(jù)速率) 。m i m o 技術(shù)的關(guān)鍵是能夠?qū)?傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑影響因素變成對(duì)用戶通信性能有利的增強(qiáng)因素。它有 效地利用了隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來(lái)成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率。m i m o 技術(shù)成功之處主要是它能夠在不額外增加所占用的信號(hào)帶寬的前提下成倍地提高 通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。 m i m o 信道是在收發(fā)兩端使用多個(gè)天線，每個(gè)收發(fā)天線對(duì)之間形成一個(gè)m i m o 子信道，假定發(fā)送端有m ，個(gè)發(fā)送天線，接收端有m ，個(gè)接收天線，在某一時(shí)刻t ， 收發(fā)天線之間的信道矩陣日為 h = h i l _ l l l 2 h 2 1h 2 2 吃。以： h l 。 。 ： 吃。 ( 2 - 6 ) h 。是從第i 副發(fā)射天線到第，副接收天線間的復(fù)的瑞利衰落系數(shù)，是任意一對(duì)收發(fā) 天線之間的增益。 m i m o 系統(tǒng)原理框圖如圖2 4 所示，它同時(shí)利用信道編碼和多天線技術(shù)，信號(hào) s ( f ) 經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成 t 個(gè)發(fā)射子流峨( f l = o ，l ，肘，一1 ) 。這m ，個(gè)子流由m ， 個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間傳輸后由m ，個(gè)接收天線接收。m i m o 接收機(jī)通過(guò)空時(shí)解 碼處理這些子數(shù)據(jù)流，對(duì)其進(jìn)行區(qū)分和解碼，從而實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)處理。 第二章m i m o o f d m 系統(tǒng)的基本原理 圖2 4m i m o 系統(tǒng)信道模型 由于這m ，個(gè)子流同時(shí)發(fā)射時(shí)，只占用同一傳輸信道，所以并不會(huì)增加使用帶 寬。在自由空間里，m i m o 系統(tǒng)占用比普通天線系統(tǒng)更多的傳輸空間，用來(lái)在各 發(fā)射和接收天線間構(gòu)筑多條相互獨(dú)立的通道，產(chǎn)生多個(gè)并行空間子信道，并通過(guò) 這些并行的空間子信道獨(dú)立地傳輸信息，達(dá)到了空間復(fù)用的目的，以此方式來(lái)提 高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。 系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一，它表示通信系統(tǒng)的最大傳輸率。 對(duì)于m i m o 系統(tǒng)，假設(shè)在發(fā)射端，各天線發(fā)射獨(dú)立的等功率信號(hào)，而且各信號(hào)滿 足r a y l e i g h ( 瑞利) 分布，根據(jù)m i m o 系統(tǒng)的信道傳輸特性和香農(nóng)信道容量計(jì)算方 法，推導(dǎo)出平坦衰落m i m 0 系統(tǒng)信道容量近似表達(dá)式為 c ： m i n m 渺l 。g ：f 半1 ( 2 - 7 ) 式中b 為信號(hào)帶寬，s n r 為接收端平均信噪比，m i n ( m ，m ，) 為發(fā)射天線數(shù)量m ，和 接收天線數(shù)量肘，中的最小者。式( 2 7 ) 表明，在同等傳輸帶寬、接收端信噪比不 變化的情況下，多入多出系統(tǒng)的信道容量隨最小天線數(shù)目的增加而線性增加。而 在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)， 其容量?jī)H隨天線數(shù)量的對(duì)數(shù)增加而增加。故利用m i m o 技術(shù)可以成倍地提高無(wú)線 信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，使頻譜利用率得以成倍地提 高。 利用m i m o 技術(shù)不僅可以提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性， 降低誤碼率。前者是利用m i m o 信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用m i m o 信 道提供的空間分集增益。m i m o 系統(tǒng)正是依靠這種同時(shí)使用空域和時(shí)域分集的方 法來(lái)降低信道誤碼率，提高無(wú)線鏈路的可靠性的。 2 3m i m o o f d m 系統(tǒng) m i m o 系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說(shuō)m i m o 可以抗 多徑衰落，但是對(duì)于頻率選擇性深衰落，m i m o 系統(tǒng)依然是無(wú)能為力。目前解決 1 2 m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 m i m o 系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用 o f d m 。大多數(shù)研究人員認(rèn)為o f d m 技術(shù)是4 g 的核心技術(shù)，4 g 需要極高頻譜利 用率，而o f d m 提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的。實(shí)際上，為了進(jìn)一步增加 系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)的傳輸速率，使用多載波調(diào)制技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)需要增加 載波的數(shù)量，但這是以增加系統(tǒng)復(fù)雜度，增大系統(tǒng)帶寬為代價(jià)的，因此對(duì)目前帶 寬和功率受限的無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)不太合適。 在o f d m 的基礎(chǔ)上合理開(kāi)發(fā)空間資源，即采用m i m o o f d m 技術(shù)，可以在 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。研究表明，在瑞 利衰落信道環(huán)境下，o f d m 系統(tǒng)非常適合使用m i m o 技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)容量。 2 3 1m i m o o f d m 的系統(tǒng)原理 m 1 m o o f d m 系統(tǒng)發(fā)送端和接收端的原理框圖如圖2 5 所示1 3 1 。該系統(tǒng)有n 個(gè)發(fā)射天線和m 個(gè)接收天線。在發(fā)送端和接收端各設(shè)置多重天線，可以提供空間 分集效應(yīng)，克服電波衰落的不良影響。這是因?yàn)榘才徘‘?dāng)?shù)亩喔碧炀€提供多個(gè)空 間信道，不會(huì)全部同時(shí)受到衰落。輸入的比特流經(jīng)串并轉(zhuǎn)換分為多個(gè)分支，每個(gè) 分支都進(jìn)行o f d m 處理，即經(jīng)過(guò)編碼、交織、正交振幅調(diào)制( q a m ) 映射、插入保 護(hù)間隔、i f f t 變換、加循環(huán)前綴等過(guò)程，再經(jīng)天線發(fā)送到無(wú)線信道中；接收端進(jìn) 行與發(fā)射端相反的信號(hào)處理過(guò)程，如：去循環(huán)前綴、f f t 變換、解碼等，同時(shí)進(jìn) 行信道估計(jì)、定時(shí)、同步、m i m o 檢測(cè)等技術(shù)來(lái)恢復(fù)原來(lái)的比特流。 上 一 u r 矗k 至莖口二口蘭口圣蘭 串 ， 碼織 - - - 一 保護(hù) - _ 映射 并 ； 間隔 轉(zhuǎn) ： 換 堂編l 。 q p s k 插入 曇譬h h 器h 耄? 交 【- - 一保護(hù) ，一 噸肘 ( a ) ( b ) 圖2 5m i m o - o f d m 系統(tǒng)的接收框圖 ( a ) 發(fā)送端框圖；( b ) 接收端框圖 第二搴m i m o - o f d m 系統(tǒng)豹基本簸瑾 2 3 2m i m o ，o f d m 系統(tǒng)模型 由以上描述可知，串行信息比特流分解成m 個(gè)數(shù)擺流后，進(jìn)行獨(dú)立的映射編 輯、o f d m 調(diào)制，最惹由扶掰，令天線同時(shí)發(fā)送出去。霹薅進(jìn)行o f d m 調(diào)麓之茲 靜信怠德號(hào)表零為f 3 6 】 d 0 ，女) = d 1 0 ，素x d ：o ，七l ，d o ，疆 ( 2 8 ) d 。= d o ，k 。y ，d 0 ，k 。+ 1 y ，d 0 ，詹o + d 一1 y r ( 2 9 ) 式中j ，0 ，k ) 表示第歹根發(fā)射天線發(fā)射出的第咒個(gè)o f d m 符號(hào)塊第量個(gè)子載波所攜 帶夔落塞笱琴，邋蓬在甜，稷發(fā)餐天線孛采集歹令連續(xù)熬o f d m 符號(hào)，羨惑簿號(hào)囊 量d 雄) 可表示必 d o ) = 【d ：，d l l 一，d 0 + ，】r ( 2 1 0 ) 定義進(jìn)行i f f t 的變換矩陣w w 和甜分別為 w 鹺嘉陸，w ，w 妒+ d - d 】( 2 - 1 1 ) w 蘭融( 一l 卜，w ( o y ，w ( n l 卜，w ( n p ) 7 l r ( 2 - 1 2 ) a w = i jo w 圓i m ( 2 。1 3 ) 式 2 1 3 ) 中，為錘環(huán)前綴c p 的長(zhǎng)度，則經(jīng)o f d m 調(diào)制艏的時(shí)域信號(hào)向爨s o ) 為 s 國(guó)= 蠢白) 稼l 將膨，個(gè)發(fā)射天線和膨，個(gè)接收天線之間的頻率選擇性信道模型化為一個(gè)f i r 濾波器，并且假設(shè)信道階數(shù)的上限為正，則第，階信邋可表示為 h 妨= _ j l i ( f )?。簅 ) m ( f ) 趣；p ) 是： h 2 u , 妊) i；i ，k ：竄) m 竄) 則傳輸函數(shù)矩陣h 如) 可表示為 h g ) = h o k 。 定義一令痿遂矮籜囂 f h ( 0 ) h ( ) 0 0 螽嚳?h ( 0 ：h 譬_? 【0 0 h ( 0 ) h ( l ) 炙i j 在掰，根接收必線土接蚊到豹信號(hào)霹寫為 嵇- 1 5 ) ( 2 - 1 6 ) ( 2 - 1 7 ) 1 4 m i m o o f d m 系統(tǒng)盲信道估計(jì)技術(shù)研究 r 0 ) = 氳s 0 ) + t 1 0 ) = 矗硎o ) + t 1 0 ) 三a d o ) + 1 0 ) (