MIMO-OFDM系统中的信道估计和检测技术

论文题目: MIMO-OFDM系统中的信道估计和检测技术

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 周志刚

导师: 程时昕

关键词: 多输入多输出,正交频分复用,衰落信道,信道估计,信号检测,极大似然,迭代,译码,功率分配,预编码

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 未来宽带无线通信系统面临着多径衰落信道影响和系统带宽效率等诸多问题的挑战。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM)技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道,可有效地对抗多径衰落的影响。而多天线(Multiple Input Multiple Output-MIMO)技术能够在空间形成独立的并行子信道同时传输多路数据流,有效地提高了系统的传输速率,在不增加系统带宽和改变系统功率要求的情况下增加频谱效率。因此,结合两者优势的MIMO-OFDM技术具备频谱利用率高、带宽可扩展性强等一系列特点,是下一代移动通信(Beyond 3rd Generation-B3G)系统有竞争力的候选方案。B3G系统高数据传输速率、高传输质量和移动性的要求对MIMO-OFDM系统的传输和检测技术提出了非常严格的要求,针对上述问题,本论文重点研究了MIMO-OFDM系统的导频序列设计、信道估计和信号检测等技术。论文针对MIMO-OFDM系统中的导频序列设计和信道估计问题,分析了多径信道中MIMO-OFDM系统传输的基带数学模型,推导了接收机的极大似然(ML)和最小二乘(LS)信道估计方法及其均方误差性能,并据此推导了MIMO-OFDM系统最优频域导频序列设计准则,推广传统两天线正交导频设计方法到了任意天线时的设计,并提出了一种导频信号峰均比为1,能达到正交导频时信道估计MSE下界的频域导频序列设计方法。并利用仿真评估分析提出的方法和传统设计方法在不同序列长度和天线数目情况下的性能差异。MIMO-OFDM系统中接收机检测算法的复杂度和性能优劣对系统实施和整体性能有很大影响,论文在分析传统检测算法优缺点的基础上,利用汉明子空间方法,提出了一种减少复杂度的软输出极大似然检测算法。MIMO-OFDM系统的接收检测可在各子载波上单独进行,最优序列(MLSE)和符号(MAP)检测在多天线和高阶调制情况下往往复杂度很高,而迫零(ZF)最小均方误差(MMSE)等传统线性检测算法复杂度低但性能相对较差,应用受到局限。本论文利用传统软输出的线性检测器生成信息比特的初始对数似然值,在此初始值形成的汉明子空间中搜索从而获得可靠度更高的比特对数似然软输出。由于生成的汉明子空间相对全空间大为减小且具有很高的可靠性,提出的算法可有效地减少了传统软输出的极大似然序列搜索算法的复杂度并能逼近极大似然性能。从最优接收理论而言,MIMO-OFDM系统中基带接收机的多模块联合极大似然接收可以取得最佳性能,但其复杂度使得在实际系统中往往难于实现。次最优的迭代检测译码算法在性能和复杂度上可以取得折衷,并有效地逼近系统容量性能。论文分析MIMO-OFDM系统中传统迭代检测译码算法优缺点,推导了基于MMSE的迭代检测译码算法,并在第四章中的减少复杂度的极大似然算法基础上改进,使其可以在子空间进行软输入软输出(SISO)搜索检测,并根据检测器需要进行比特硬判的特点改进译码器的软输出以及成员译码器的输入,从而提出了一种低复杂度的迭代检测译码算法。此算法可以有效地避免迭代检测译码过程中的多次求逆问题,复杂度分析和仿真评估也验证其优异的性能。移动通信系统的闭环传输可以获得更好的误码性能和更高的系统吞吐量,在分析了MIMO-OFDM系统慢变衰落信道环境下闭环传输技术的基础上,论文考察功率分配、预编码以及信道估计和反馈误差对闭环传输的影响,并提出了一种优化的发送预处理方案。首先在系统理想信道估计、理想信道反馈、发送功率均匀分配的情况下,针对ML、ZF、MMSE等接收机推导了最优发送预处理方案。然而实际系统中非理想信道估计和反馈信道的非理想会降低系统容量,针对这种情况,考虑系统信道估计和反馈信道的非理想,从MIMO-OFDM系统容量最大的角度推导最优发送预处理,并利用了内点算法优化系统的发送功率分配。推导的闭环发送预处理包括了预编码和功率分配,并考虑了信道估计和反馈信道误差方差的影响。提出的预处理方案可有效地降低由于非理想信道估计和反馈造成的容量平台效应,并提高系统的误比特率性能。在低信噪比和信道估计方差较小时,提出的优化功率分配的预编码方案可以获得高于理想信道估计情况下传统开环发送系统容量的性能

论文目录:

摘要

ABSTRACT

符号

英文缩略语

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 论文的主要研究工作

1.3 论文的内容安排

第2章 MIMO-OFDM 无线通信技术

2.1 多输入多输出（MIMO）无线通信技术

2.2 OFDM 技术的基本原理

2.3 本章小结

第3章 导频序列设计与信道估计

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 最优频域导频序列设计准则

3.4 频域导频序列设计

3.5 仿真结果与分析

3.6 本章小结

第4章 减少复杂度的极大似然检测

4.1 引言

4.2 系统模型

4.3 基于线性检测的初始化

4.4 基于汉明子空间的的极大似然检测

4.5 复杂度分析

4.6 仿真结果与分析

4.7 本章小结

第5章 低复杂度迭代检测译码算法

5.1 引言

5.2 系统模型与问题陈述

5.3 基于线性检测的迭代检测

5.4 基于汉明子空间的迭代检测

5.5 迭代译码

5.6 算法总结与复杂度分析

5.7 仿真结果与分析

5.8 本章小结

第6章 联合功率分配和预编码传输技术

6.1 引言

6.2 系统模型和问题陈述

6.3 理想信道估计与反馈时的发送预处理

6.4 非理想信道估计与反馈时的发送预处理

6.5 仿真结果与分析

6.6 本章小结

第7 章全文总结

7.1 已经取得的研究成果

7.2 可以进一步深入研究的问题

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].MIMO-OFDM系统中的盲多用户检测研究[D]. 赵宸.吉林大学2008

标签：多输入多输出论文;  正交频分复用论文;  衰落信道论文;  信道估计论文;  信号检测论文;  极大似然论文;  迭代论文;  译码论文;  功率分配论文;  预编码论文;