无线通信系统信道估计技术研究与实现

北京邮电大学硕士学位论文无线通信系统信道估计技术研究与实现姓名：贾楠申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：吴文礼20080226无线通信系统信道估计技术研究与实现作者：贾楠学位授予单位：北京邮电大学相似文献(10条)1.学位论文肖海林新一代无线通信系统中的MIMO信道建模与信道估计2007无线MIMO技术被认为是实现未来高速宽带无线INTERNET接入网的关键技术之一，在第三代(3G)及三代以后(B3G)的移动通信系统中有着广阔的应用前景。然而，实现这一振奋人心的通信目标并非易事，常规单天线收发通信系统面临严峻挑战。即使采用常规发射分集或接收分集或智能天线技术已不足以解决新一代无线通信系统的大容量与高可靠性需求问题。在新一代的移动通信中，MIMO技术的应用使得系统的容量随发射和接收端的最小天线数目的增加而线性增加。然而，与常规单天线收发通信系统相比，MIMO通信系统中多天线的应用面临大量亟待研究的问题。本文以高技术研究发展计划中的“新型天线与分集技术”项目为契机，围绕新一代无线通信中的MIMO信道建模与信道估计这一主题，在他人研究工作的基础上，主要对无线MIMO信道建模、信号相关性分析、信道容量、信道估计等方面进行了系统而深入地研究。本文的研究内容与创新点可以分为五大部分：第一个部分分析一种研究二元对称离散信道平均互信息的新方法。研究在有干扰(噪声)无记忆信道和有记忆信道两种情况下，运用协同学的方法研究如何分配输入概率获取二元对称离散信道最大的平均互信息。第二个部分分析MIMO信道中信号的相关性，研究低空间相关性对MIMO信道性能的影响。首先，提出一种空间信道的传播模型，考虑由移动终端发射窄带信号被均匀线性阵的基站天线接收。在室内和室外两种传播环境，研究低空间相关性的性能，推导出天线单元接收多径衰落信号的空域相关系数的通用解析式。其次，在MIMO高斯信道最佳容量的基础上，推导出在Nakagami和Weibull衰落下采用分集技术的最佳信道容量的数学表达式，并且还得到采用切换合并分集技术Weibull衰落信道下的最佳切换门限。接着，在采用SC分集技术的情况下，首次利用Meijer'sG函数得到平均信噪比的不恒等统计相关的威布尔衰落信道容量和采用CFSK以及NMFSK两种数字调制方案的误码率的解析式，分析衰落系数、相关系数和平均信噪比不恒等统计的程度对信道容量和数字调制的影响。第三个部分分析MIMO无线信道建模。提出了一种包含小尺度衰落、相对的路径衰落和阴影衰落的室内MIMO信道模型，考虑室内人员的流动性，并对模型的性能进行了预测，拓展了室内MIMO无线衰落信道模型的研究。第四个部分分析MIMO无线信道估计方法。研究一种扩展的基于叠加训练序列的MIMO信道估计模型。利用最小二乘的方法，推导出信道估计误差的均方差、Cramer-Rao界以及信道容量的下限。同时，还仿真了Cramer-Rao界和均方差的信道容量的累积分布并同瑞利衰落信道进行比较。第五个部分综合分析空时扩展、叠加训练和空时编码。研究采用空时扩展、叠加训练和空时编码推导出存在干扰相关频率选择性MIMO信道的平均错误概率上限和最大似然估计的封闭表达式。本文对新一代无线通信中的MIMO信道建模与信道估计等的探索性研究表明，它们对于实现大容量与高可靠的无线通信具有重要意义。2.学位论文白伟新一代无线通信系统中的信道估计2003在无线移动通信工程中,信道估计是接收机设计中最关键、最复杂的问题之一.该文主要是探索新一代无线移动通信系统中信道估计技术.MIMO-OFDM是该文中重点考虑的新一代无线移动通信系统的模型.MIMO-OFDM的最主要的特征是:发射端和接收端均采用多个天线,并在每个发射天线前均使用OFDM调制技术.在该文的第一部分,首先简单分析了通过MIMO技术提高系统容量、以及通过OFDM技术提高数据速率的基本原理,然后介绍了MIMO-OFDM无线通信系统的模型,最后重点推导空时网格编码的MIMO-OFDM系统差错性能的上边界.在该文的第二部分中,研究了基于训练序列的信道估计方法.首先简单分析了MMSE信道估计方法.由于MIMO-OFDM系统中频域信道变化慢,可以仅仅使用部分频域接收数据,对信道估计作了简化,设计了最优的训练序列,并且分析了简化的信道估计方法的MSE边界.在该文的第三部分中,研究了MIMO-OFDM系统中最简单的盲信道估计方法:子空间方法,这部分内容是该文的重点.在该文的第四部分,简单介绍了最大似然信道估计方法,包括一般意义上的MCMC联合信道估计与符号检测方法,以及SIMO-OFDM系统中基于有限字符集的最大似然方法.3.学位论文王琛MIMO-OFDM无线通信系统及其信道估计技术研究2005MIMO技术能够充分利用无线信道中的多径效应，在不增加系统带宽的情况下大幅度提高系统容量；OFDM技术则能有效的对抗无线信道中的衰落，因此，将MIMO与OFDM技术相结合来提高系统的容量和性能，成为一项极具挑战性的研究。　　本文首先详细论述了MIMO系统的原理，以及MIMO中的V-BLAST检测解码算法；然后研究了MIMO与OFDM相结合的系统，总结了关于MIMO-OFDM系统的关键技术和研究现状。MIMO-OFDM系统的性能优于相同天线数情况下的单纯的MIMO系统。　　为了保证良好的性能，MIMO-OFDM系统在接收端需要知道信道响应状态，因此信道估计是一项至关重要的技术。本文中简要介绍了传统OFDM信道估计的方法和判决准则，然后重点讨论了采用LS判决准则的基于训练序列的信道估计方法，并给出了改进的算法。最后，通过计算机仿真对改进的算法的性能进行评估，并在不同子载波数和不同天线数的情况下进行了比较。仿真结果表明，改进的算法能够在保证信道估计准确度的同时，有效降低计算的复杂度。4.学位论文周志平MIMO-OFDM系统中信道估计技术研究2007在无线通信系统中，带宽效率和多径衰落一直是倍受关注的问题。新一代无线通信系统可能采用了正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)技术，OFDM技术将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响；而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，有效地提高了系统的传输速率。新一代无线通信系统采用这两种技术，在一定程度上解决了带宽效率和多径衰落问题。此外，信道的准确估计是提高MIMO-OFDM系统性能的关键，因此，对信道估计技术的研究显得尤为重要，本论文通过对信道估计技术的深入研究，提出了更好的信道估计方法，对原有信道估计算法进行了优化设计，从而进一步提高MIMO-OFDM无线通信系统的性能。本论文的研究重点为MIMO-OFDM无线通信系统中的信道估计技术，同时本论文也考虑到MIMO系统的空时特性，研究了三种空时编码(空时分组编码STBC、空时网格编码STTC和分层空时编码BLAST)与MIMO-OFDM无线通信系统的结合。论文的主要工作和贡献：1)简单阐述了OFDM、MIMO及MIMO-OFDM的原理，并对不同收发天线下的OFDM系统容量进行了理论推导，然后对此用仿真实验给与了验证；2)分析了三种空时编码技术与MIMO-OFDM系统相结合，深入研究了三种空时编码技术与MIMO-OFDM系统结合的原理和作用。通过理论分析和仿真实验，总结出各自编码技术与MIMO-OFDM系统相结合后的优缺点。3)针对传统的参数信道估计算法存在的结构复杂度高，运算量大等缺点，提出了优化参数信道估计算法。通过对训练序列的最优设计，不但降低了系统的结构复杂度，而且减少了运算量。通过仿真实验，表明优化后的信道估计算法具有更好的性能和实际应用价值。4)提出了适合MIMO-OFDM系统的一种新的信道估计方案，这种方案首先对STBC导频符号进行设计，使其更加符合传输要求，然后再结合迭代LS信道估计算法，以此提高MIMO-OFDM系统的信道估计性能。理论分析和计算机仿真表明，这种方法避免了矩阵的求逆运算，大大减少了运算复杂度，并且能很好跟踪信道的变化过程。5.学位论文胥健Gbps高速无线通信系统信道估计技术的研究2009随着互联网的蓬勃发展，未来的宽带无线通信系统将提供高数据传输速率来满足各种多媒体业务需求。多输入多输出(MIMO)技术和正交频分复用(OFDM)技术作为下一代移动通信系统的关键技术，能够对抗多径衰落，提高数据传输速率和频谱利用率。MIMO-OFDM系统中，无论是空时编码和相干检测都需要信道状态信息，信道估计的准确性直接影响整个系统的性能。Gbps高速无线通信系统基于MIMO-OFDM技术，在室内准静止环境下，实现1Gbit/s无线传输速率。Gbps系统中的信道估计研究是一个充满挑战和极具意义的工作。本文首先研究MIMO-OFDM系统下基于训练序列或导频序列的各种信道估计算法，有最小二乘(LS)信道估计，线性最小均方误差(LMMSE)信道估计。介绍了三种常用的插值算法，线性插值、三次样条插值和基于DFT插值。并且介绍了训练序列和导频序列的设计，给出了各种算法的仿真结果，分析比较各种算法的性能和实现复杂度。其次，在兼顾性能和实现复杂度的前提下对算法作出改进，将其运用到Gbps系统的信道估计算法设计上，得到一种基于训练序列的信道估计方案，并给出了训练序列的设计方法。方案首先采用LS估计得到导频子载波处的信道估计值，然后利用三次样条插值得到数据子载波处的信道频率响应。最后，完成Gbps系统信道估计模块的FPGA验证。基于XilinxVirtex-5，进行信道估计模块硬件设计，包括硬件框图设计，电路结构设计，定点仿真，verilog编码调试，ModelSim工具仿真和开发板验证。6.学位论文戚磊地铁系统中基于OFDM技术的无线通信系统漫游与切换的研究2007基于通信的列车控制系统(CBTC)是整个地铁系统的枢纽。在地铁系统中，信道情况复杂，多径衰落明显，接收信号的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)严重，移动站点的运动速度迅速，这些都要求无线通信系统必须具备快速、准确的信道估计和同步技术，以及安全可靠的无缝连接。本文针对地铁系统的特殊情况，首先对OFDM技术的基本原理、基本模型和关键技术进行了一定的阐述和说明，分析了OFDM技术的广阔使用前景以及在本系统中使用该技术的理论依据。信道估计在无线通信系统中至关重要，用于消除衰落信道对系统的影响，因此继而对OFDM系统中的信道估计进行了分析与讨论，其中，对最小平方估计LS(Least-Square)、基于训练序列的信道估计、基于傅立叶变换的信道估计进行了详细分析与比较，并针对系统要求作出了适当的选择；对如何在OFDM系统中实现同步技术进行了分析说明。由于移动站点的高速运行，控制系统必须为地铁系统的安全运营提供安全可靠的无缝连接。本文对移动IP技术进行了较深入的研究和说明，介绍了移动IP技术标准，详细说明了移动IP技术中的路由机制和隧道技术，为本系统高速、可靠的漫游与切换技术提供了理论依据，为本系统良好的维护性和可扩充性提供了技术保障。最后，根据工程参数的要求，利用移动IP技术，对漫游与切换进行了软件的实现。7.学位论文靳传学B3G关键技术的FPGA设计与实现——MIMO-OFDM系统信道估计2006近年来，宽带无线通信技术和应用得到了迅猛的发展，人们对无线数据和多媒体业务的需求，促进了用于高速宽带无线通信的新技术的发展和应用。正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)技术己经或者即将应用于各种高速宽带无线通信系统中。MIMO-OFDM技术将OFDM与空时编码技术有机的结合在一起，能够大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输效率，并能有效的抵抗多径衰落、抑制干扰和噪声。本文在介绍了系统信道估计等相关理论的基础上，详细阐述了实验验证系统基带接收机中信道估计模块的FPGA具体实现。第一章概述了本文的研究背景、课题来源。介绍了OFDM和MIMO技术的发展历史及现状，说明了信道估计技术在移动通信中的重要性。第二章介绍了无线信道特性和MIMO-OFD