MIMO通信系统中信道估计与调度算法研究

论文摘要

未来的宽带无线通信系统对系统的频谱利用率和数据传输率提出了更高的要求。MIMO技术在通信系统中采用阵列天线实现高速数据传输,利用时间、频率和空间三维信号处理技术,使无线系统对噪声、干扰、多径的容限均有较大的改善。本文首先研究了无线信道的特点和MIMO系统中的信道容量,并指出信道估计技术是影响MIMO-OFDM无线通信系统性能的关键技术之一。对MIMO系统中的PSAM方法进行了研究,尤其对MIMO系统信道估计的原理与各种方法作了分类和比较。在研究普遍的LS和MMSE信道估计方法的基础上,研究了新的比例化的LS和放松的MMSE算法,这些算法比传统的LS和MMSE信道估计方法需要较少的信道统计知识并有更好的性能。同时提出了一种线性合并的MMSE信道估计算法。这种算法的估计误差随合并项数量的增加而减少,当合并项系数为4,对比传统的MMSE算法可以得到5.5dB的估计增益。在相同信噪比下,大大提高了MIMO系统信道估计的准确度。在多径时变信道条件下MIMO-OFDM系统中,对基于PSAM方法的频域和时域信道估计进行了研究。频域信道估计方法在接收端,首先估计导频位置的信道响应,然后通过滤波处理得到数据位置的信道响应。本文提出了利用内插方法在OFDM系统中进行信道估计的算法,并比较了各种算法在不同信道条件下的性能表现。时域信道估计首先估计导频位置的信道冲击响应,然后通过滤波得到所有数据位置的信道频域响应。本文针对OFDMA蜂窝网络环境,研究了经典的调度算法。并且基于OFDMA系统中的用户子信道差异的特点和随机波束形成的特点,将PF算法和随机波束形成算法相结合,引入到下行OFDMA系统中。提出一种应用于上行FDD-FDMA蜂窝系统的减小用户间同信道干扰的方案,该方案对于边界用户,可以使用所有的频率资源,增加了边界用户使用资源的权限,并通过小区或扇区间通信避免其使用资源的冲突,从而提高小区或扇区的边界用户的数据传输速率。无线宽带通信技术已成为未来无线通信发展的重要方向,作为一种高速、高效、高可靠性的无线传输技术,MIMO技术必将得到空前的发展。作为MIMO系统中的关键技术,信道估计技术如何与实际系统相结合还需进一步的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 MIMO 系统结构及研究现状
• 1.2.1 MIMO 系统的系统结构
• 1.2.2 MIMO 系统的研究现状
• 1.3 MIMO 系统中的信道估计的研究意义
• 1.4 本文的篇章结构
• 第二章 MIMO-OFDM 系统概述
• 2.1 引言
• 2.2 正交频分复用技术
• 2.2.1 OFDM 系统结构
• 2.2.2 OFDM 系统等效的频域模型
• 2.3 多输入多输出（MIMO）技术
• 2.3.1 MIMO 系统容量分析
• 2.3.2 空间复用技术
• 2.3.3 空时编码技术
• 2.3.4 MIMO 系统的相关信道模型
• 2.4 MIMO-OFDM 系统
• 2.5 本章小结
• 第三章基于训练序列的 MIMO 信道估计
• 3.1 引言
• 3.2 背景
• 3.3 LS 信道估计
• 3.4 比例化的LS 信道估计（SCALED LS）
• 3.5 MMSE 信道估计
• 3.6 RMMSE 信道估计
• 3.7 合并的多 MMSE 信道估计
• 3.8 仿真分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 MIMO-OFDM 中的信道估计技术
• 4.1 引言
• 4.2 MIMO-OFDM 系统模型
• 4.3 导频插入样式
• 4.4 基于内插的信道估计方法
• 4.4.1 线性内插
• 4.4.2 高斯内插
• 4.4.3 三次曲线内插
• 4.4.4 拉格朗日内插
• 4.4.5 仿真结果
• 4.5 MIMO-OFDM 时域信道估计方法
• 4.5.1 基于对角正交导频序列的时域估计
• 4.5.2 时域信道估计算法
• 4.5.3 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 MIMO-OFDMA 系统级技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 经典的无线分组调度算法
• 5.3 基于用户子信道差异的下行调度算法
• 5.4 随机波束形成算法
• 5.5 仿真结果与性能分析
• 5.5.1 仿真环境
• 5.5.2 性能指标
• 5.5.3 仿真分析
• 5.6 上行 FDD-FDMA 蜂窝系统的用户间同信道干扰抑制的方法
• 5.6.1 引言
• 5.6.2 实现方案
• 5.6.3 方案流程及参数设定
• 5.6.4 仿真结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 缩略语表
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利