MIMO無線通信信道估計(jì)與自適應(yīng)傳輸理論方法研究.pdf

1、新一代寬帶移動通信系統(tǒng)對系統(tǒng)容量、頻譜效率、以及傳輸可靠性都提出了更高的要求,在無線資源日趨緊張的情況下,需要采用多天線發(fā)送和多天線接收的MIMO無線傳輸技術(shù),以提高頻譜利用率、功率效率、及傳輸可靠性。在過去的十多年中,MIMO技術(shù)得到了廣泛的研究與應(yīng)用,目前己成為移動通信新標(biāo)準(zhǔn)中的核心技術(shù)。本論文開展MIMO無線通信系統(tǒng)信道估計(jì)與自適應(yīng)傳輸理論方法研究。
　　 首先,研究了時(shí)隙基單載波分塊傳輸系統(tǒng)在空、時(shí)、頻選擇性MIMO衰落

2、信道下的信道估計(jì)理論方法。提出雙循環(huán)時(shí)隙結(jié)構(gòu),應(yīng)用于單載波分塊傳輸系統(tǒng),研究其最小均方誤差(MMSE)信道估計(jì),發(fā)現(xiàn)時(shí)隙基MMSE信道估計(jì)的最優(yōu)導(dǎo)頻按特征模式與統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息相關(guān)聯(lián),在發(fā)送端未知發(fā)送天線相關(guān)的情況下,最優(yōu)導(dǎo)頻滿足與最優(yōu)最小二乘信道估計(jì)情況下相同的正交條件,而且信道估計(jì)可分解為初始最小二乘信道估計(jì)與空時(shí)后處理級聯(lián)結(jié)構(gòu),對于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立信道,空時(shí)處理可簡化為逐徑處理。提出新的導(dǎo)頻序列設(shè)計(jì),并利用導(dǎo)頻序列結(jié)構(gòu)特性,顯著降低初始信

3、道估計(jì)算法復(fù)雜性。提出采用離散余弦變換的空時(shí)后處理方法,在逼近最優(yōu)信道估計(jì)的同時(shí),顯著降低空時(shí)后處理的復(fù)雜度。提出基于多項(xiàng)式擬合的無偏噪聲方差估計(jì)器,并利用多項(xiàng)式矩陣的特殊結(jié)構(gòu),降低噪聲方差估計(jì)器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。仿真結(jié)果證實(shí)了所提信道估計(jì)理論方法的有效性。
　　 然后,研究了正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在空、時(shí)、頻選擇性MIMO衰落信道下的信道估計(jì)理論方法。證明了MMSE信道估計(jì)的最優(yōu)導(dǎo)頻為統(tǒng)計(jì)預(yù)編碼導(dǎo)頻,即導(dǎo)頻應(yīng)在發(fā)送相關(guān)陣特征向量所確定的

4、方向上并行傳輸,并依據(jù)信道相關(guān)陣的特征值進(jìn)行功率分配。提出次優(yōu)導(dǎo)頻功率分配方案,在逼近最優(yōu)功率分配性能的同時(shí),顯著降低其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。對于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立信道,提出基于二維離散余弦變換的信道估計(jì)方法,可有效克服傳統(tǒng)的基于二維離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法在系統(tǒng)存在保護(hù)帶以及終端高速移動時(shí)的平底效應(yīng),并能以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度獲取逼近最優(yōu)二維MMSE信道估計(jì)器的性能。
　　 接著,研究了單向中繼通信系統(tǒng)在分布式空頻編碼發(fā)送方案下的信道估計(jì)理論方法

5、。針對采用前置導(dǎo)頻的MMSE信道估計(jì),將平坦衰落信道下的導(dǎo)頻方案拓展至頻率選擇性衰落信道,提出新的導(dǎo)頻序列和預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì),并利用其特殊結(jié)構(gòu),顯著降低中繼節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的處理復(fù)雜度,對于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立中繼信道,所提導(dǎo)頻方案為最優(yōu)導(dǎo)頻方案。針對采用間歇導(dǎo)頻的MMSE信道估計(jì),將導(dǎo)頻方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)頻位置和導(dǎo)頻功率的設(shè)計(jì),提出等間隔等功率導(dǎo)頻方案,在逼近最優(yōu)性能的同時(shí),可以顯著降低后續(xù)信道估計(jì)的復(fù)雜度。仿真結(jié)果證實(shí)了所提導(dǎo)頻方案的有效性。

6、　　 進(jìn)一步,研究了雙向無線中繼通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)理論方法。提出一種新的信道估計(jì)策略,即中繼節(jié)點(diǎn)利用信道估計(jì)的結(jié)果對導(dǎo)頻信號進(jìn)行功率分配,以提升目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信號檢測或信道估計(jì)的能力。分別討論了最大輸出信噪比和最小信道估計(jì)誤差準(zhǔn)則下的最優(yōu)導(dǎo)頻與最優(yōu)功率分配問題,證明了最優(yōu)導(dǎo)頻為正交序列,并提出逼近最優(yōu)的功率分配方案。仿真結(jié)果證實(shí):在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率失配或信道條件失配的情況下,所提信道估計(jì)方法可有效提高目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的輸出信噪比或信道估計(jì)性能。<