基于新型訓(xùn)練序列的多天線移動(dòng)通信信道估計(jì).pdf

1、相對(duì)于單輸入單輸出(SISO)通信系統(tǒng)，多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)是一種在發(fā)送端和接收端均采用多天線陣列的無(wú)線傳輸體制。已經(jīng)證明，當(dāng)接收天線數(shù)大于發(fā)射天線數(shù)時(shí)，信道容量會(huì)隨著發(fā)射天線的個(gè)數(shù)大致呈線性增長(zhǎng)，從而突破了傳統(tǒng)SISO信道的香農(nóng)容量限，成為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于MIMO移動(dòng)通信系統(tǒng)，信道估計(jì)是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，信道估計(jì)方案以及訓(xùn)練序列性質(zhì)對(duì)MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)性能及復(fù)雜度起著決定性作用。本論文主要致力于

2、研究基于新型訓(xùn)練序列MIMO系統(tǒng)信道估計(jì)技術(shù)及相關(guān)問(wèn)題。 首先，論文針對(duì)隱含序列信道估計(jì)方案中直流偏移量對(duì)信道估計(jì)性能的影響，提出了基于平衡ZCZ(零相關(guān)區(qū))隱含訓(xùn)練序列的無(wú)直流偏移MIMO信道估計(jì)方案。相對(duì)于基于最佳信道獨(dú)立(OCI)隱序列的傳統(tǒng)SISO信道估計(jì)方案，新方案可以直接消除未知直流偏移對(duì)信道估計(jì)性能的影響，且不增加額外的復(fù)雜度；而且由于訓(xùn)練序列為二進(jìn)制，可降低系統(tǒng)峰均比和算法復(fù)雜度；此外，新方案同時(shí)適用于SISO/

3、MIMO系統(tǒng)。 針對(duì)隱含序列估計(jì)方案中，數(shù)據(jù)干擾將對(duì)信道估計(jì)性能產(chǎn)生不良影響的問(wèn)題，通過(guò)將發(fā)射數(shù)據(jù)符號(hào)先移除圓周均值后，再和訓(xùn)練序列疊加后再發(fā)射的方式，提出了一種基于隱含ZCZ訓(xùn)練序列MIMO信道估計(jì)性能的改進(jìn)方案，此方案中信道估計(jì)性能將不再受未知直流偏移和未知發(fā)射數(shù)據(jù)符號(hào)的影響。但是，該方案并沒(méi)有估計(jì)直流偏移量，由于通信的最終目標(biāo)是要檢測(cè)發(fā)射的數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)在均衡前需要移除直流偏移。為此，論文繼而研究了MIMO系統(tǒng)中聯(lián)合信道估

4、計(jì)和直流偏移估計(jì)的問(wèn)題，并且證明了平衡ZCZ序列對(duì)信道估計(jì)和直流偏移估計(jì)都是最佳訓(xùn)練序列，同時(shí)給出二者基于最小二乘(LS)估計(jì)的性能下界。 在基于隱含訓(xùn)練序列的信道估計(jì)方案中，假設(shè)了采用循環(huán)前綴以消除塊間干擾及簡(jiǎn)化信道估計(jì)和均衡。但由于循環(huán)前綴沒(méi)有承載任何有用信息，因此添加該前綴浪費(fèi)了系統(tǒng)的帶寬。論文基于SISO系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)，分別探討了不添加循環(huán)前綴的情況下(即無(wú)CP系統(tǒng))，信道估計(jì)誤差新的表達(dá)式。結(jié)果表明，當(dāng)訓(xùn)練序列的周

5、期數(shù)越大和系統(tǒng)信噪比越低時(shí)，新表達(dá)式的結(jié)果越接近于有CP系統(tǒng)的性能，亦即此時(shí)有無(wú)CP對(duì)信道估計(jì)性能影響不大。接著，論文采用ZCZ序列作為無(wú)編碼MIMO系統(tǒng)信道估計(jì)訓(xùn)練序列，分析了分別采用LS和SLS估計(jì)方法得到的信道估計(jì)誤差方差表達(dá)式，并將其表示成ZCZ序列的三個(gè)參數(shù)的函數(shù)，即序列長(zhǎng)度，序列集大小和零相關(guān)區(qū)。分析和仿真結(jié)果表明，ZCZ序列優(yōu)于其他的序列集(包括m序列，隨機(jī)序列等)，并且SLS方法優(yōu)于LS方法，代價(jià)是SLS方法需要更多的先

6、驗(yàn)信息。 通過(guò)數(shù)學(xué)分析證明：對(duì)于無(wú)編碼MIMO系統(tǒng)信道估計(jì)，頻域分析的最佳訓(xùn)練序列RPC序列是一類特殊的ZCZ序列，其互相關(guān)在所有移位處均為零，其自相關(guān)僅在部分移位處有非零值。 針對(duì)基于循環(huán)前綴的單載波系統(tǒng)，提出了聯(lián)合Alamouti-1ike STBC和最小均方信道估計(jì)方案。當(dāng)有兩個(gè)發(fā)射天線時(shí)，基于LS信道估計(jì)的性能下界，證明了周期互補(bǔ)集是頻率選擇性衰落信道估計(jì)的最優(yōu)訓(xùn)練序列。和傳統(tǒng)沒(méi)有采用空時(shí)編碼的方案相比，此方案獲

7、得了3dB的MSE性能增益，且對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度限制較少。 對(duì)MIMO-STBC系統(tǒng)，基于時(shí)域分析，證明了具有零相關(guān)區(qū)的周期互補(bǔ)序列為最優(yōu)序列，此序列是傳統(tǒng)周期互補(bǔ)集以及L完備序列的擴(kuò)展，即下面定義的Z周期互補(bǔ)集。 最后，提出了具有零相關(guān)區(qū)的互補(bǔ)集即Z互補(bǔ)序列集新概念，包括Z周期互補(bǔ)集和Z非周期互補(bǔ)集，它僅要求序列集內(nèi)所有序列的周期/非周期自相關(guān)函數(shù)的和在前Z個(gè)移位處具有脈沖特性。顯然，此概念使得傳統(tǒng)互補(bǔ)序列成為Z互補(bǔ)