時變信道中MIMO OFDM系統(tǒng)的信道估計與符號檢測技術.pdf

1、在MIMO OFDM系統(tǒng)中,一般假定信道在一個OFDM符號時間之內(nèi)保持不變.前人在MIMO OFDM系統(tǒng)包括SISO OFDM系統(tǒng)的信道估計和符號檢測技術方面所做的工作,多半是考慮這種準靜態(tài)信道或者緩慢時變信道.由于多普勒擴展(Doppler spread) 和殘余頻偏的影響,信道在一個OFDM符號時間之內(nèi)可能會發(fā)生變化,這樣就會導致子載波間干擾(ICI),而且在MIMO OFDM系統(tǒng)中,載波間的干擾與多數(shù)據(jù)流干擾(MSI)會同時出現(xiàn),

2、并且混合在一起,使得信道估計與符號檢測變得更困難. 本文針對時變信道中MIMO OFDM系統(tǒng)的信道估計與符號檢測問題,一方面深入分析了時變信道中MIMO OFDM系統(tǒng)的信號特征,另一方面研究了一些最新的統(tǒng)計信號處理技術,在此基礎上提出了新的時變信道估計和ICI消除的方法,在獲得性能增益的同時,降低導頻開銷和運算復雜度.具體地說,本文的研究工作可以概括如下: 首先,論文推導了MIMO OFDM系統(tǒng)在快速時變信道中的信號模型

3、,這個信號模型也適用于SISO OFDM系統(tǒng),后者可以看成是前者的特殊情形.論文給出了兩種關系式:一種是發(fā)送信號和接收信號的關系式,用于符號檢測,一種是信道參數(shù)與接收信號的關系式,用于時變信道估計.論文除了討論MIMO OFDM系統(tǒng)的輸入輸出黑箱模型,還討論了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型. 接著,論文對目前統(tǒng)計信號處理中的一些新技術進行了研究,主要以因子圖(Factor Graph)在信號處理中的應用為主線,討論了Factor Graph

4、中Sum-Product算法推導的兩類簡化方法,一種是變換方法(Variational Method),EM算法和MM算法都可以歸類到這種方法當中;另一種是蒙特卡羅(Monte Carlo)的方法,馬爾可夫鏈蒙特卡羅(MCMC)及序列蒙特卡羅(SMC)都屬于這種方法.論文給出了MM算法的構(gòu)造方法和收斂特性,另外推導了Factor Graph與MCMC及SMC的關系. 在這之后,論文開始研究快速時變信道中MIMO OFDM系統(tǒng)的信

5、道估計問題.論文在時變信道估計的時域方法的基礎上,通過分析信道估計的MSE重新推導了時變信道估計中導頻放置的方法.在時變信道中,由于ICI的影響,導頻放置的方法是:導頻在FFT格子上要均勻分布,而且導頻和導頻之間的距離越近越好,這樣使得導頻聚集成多個組,每個組在FFT格子上均勻分布.時變信道估計當中需要估計的參數(shù)多,所以需要大量的導頻,為了降低導頻開銷,論文提出了兩種方法,一種是判決反饋方法,這種方法在SISO OFDM系統(tǒng)中比較有效,

6、一種是混合導頻(mixed-pilot)方法,這種方法可以用于MIMO OFDM系統(tǒng).論文還給出了基于MM算法的時變信道估計方法,可以降低時變信道估計的運算復雜度.除了討論時域的時變信道估計方法,論文還提出了頻域的時變信道估計方法.頻域的時變信道估計方法充分利用了頻域信道矩陣的幾個重要性質(zhì),可以直接在頻域估計時變信道參數(shù),這樣能夠降低運算復雜度. 論文把時變信道中MIMO OFDM系統(tǒng)的ICI消除和符號檢測一起考慮,采用MMSE

7、均衡和信道譯碼聯(lián)合迭代的方法,可同時消除ICI和MSI,檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)符號.由于OFDM系統(tǒng)中每個子載波受鄰近子載波的干擾最大,根據(jù)這個特點論文提出了一種簡化的迭代ICI消除方法,所有的子載波分成多個組,每個組上分別應用迭代ICI消除,子載波分組的方式隨著迭代的次數(shù)進行變化,即信道矩陣劃分窗口沿著信道矩陣的對角滑動,這樣能夠更好地消除ICI.為了進一步降低MMSE均衡的復雜度,論文提出了兩種MMSE均衡的改進方法,一種是Sequenti

8、alMMSE均衡,這種方法是一種自然的軟入軟出算法,算法本身是一個迭代運算,所以能夠降低復雜度;另一種是改進迭代求逆MMSE均衡,這種算法完全避免了除法運算,從而可以降低復雜度和提高數(shù)值穩(wěn)定性,便于硬件實現(xiàn). 最后,論文研究了MIMO OFDM系統(tǒng)中基于SMC的盲檢測算法,基于SMC的盲檢測算法收斂速度快,可應用于信道變化較快的情形.論文對傳統(tǒng)的SMC盲檢測算法進行了改進,用虛擬導頻的采樣代替信道的直接采樣,這樣可以減少采樣點數(shù)