时变信道中MIMO+OFDM系统的信道估计与符号检测技术.pdf

摘 要 在MIMOOFDM系统中，一般假定信道在一个OFDM符号时间之内保持不变。 前人在MIMOOFDM系统包括SISOOFDM系统的信道估计和符号检测技术方面 所做的工作，多半是考虑这种准静态信道或者缓慢时变信道。由于多普勒扩展 (Dopplerspread)和残余频偏的影响，信道在一个OFDM符号时间之内可能会发 生变化，这样就会导致子载波间干扰(ICI)，而且在MIMOOFDM系统中，载波 间的干扰与多数据流干扰(MSI)会同时出现，并且混合在一起，使得信道估计与 符号检测变得更困难。 本文针对时交信道中MIMOOFDM系统的信道估计与符号检测问题，一方面 深入分析了时变信道中MIMOOFDM系统的信号特征，另一方面研究了一些最新 的统计信号处理技术，在此基础上提出了新的时变信道估计和ICI消除的方法，在 获得性能增益的同时，降低导频开销和运算复杂度。具体地说，本文的研究工作 可以概括如下： 首先，论文推导了MIMO OFDM系统在快速时变信道中的信号模型，这个信 号模型也适用于SISOOFDM系统，后者可以看成是前者的特殊情形。论文给出了 两种关系式：一种是发送信号和接收信号的关系式，用于符号检测，一种是信道 参数与接收信号的关系式，用于时变信道估计。论文除了讨论MIMOOFDM系统 的输入输出黑箱模型，还讨论了系统的状态空间模型。 接着，论文对目前统计信号处理中的一些新技术进行了研究，主要以因子图 算法推导的两类简化方法，一种是变换方法(Variational Method)，EM算法和MM 算法都可以归类到这种方法当中；另一种是蒙特卡罗(MonteCarlo)的方法，马 出了MM算法的构造方法和收敛特性，另外推导了Factor 的关系。 在这之后，论文开始研究快速时变信道中MIMOOFDM系统的信道估计问题。 论文在时变信道估计的时域方法的基础上，通过分析信道估计的MSE重新推导了 时变信道估计中导频放置的方法。在时变信道中，由于ICI的影响，导频放置的方 法是：导频在FFT格子上要均匀分布，而且导频和导频之间的距离越近越好，这 样使得导频聚集成多个组，每个组在FFT格子上均匀分布。时变信道估计当中需 要估计的参数多，所以需要大量的导频，为了降低导频开销，论文提出了两种方 法，一种是判决反馈方法，这种方法在SISOOFDM系统中比较有效，一种是混合 OFDM系统。论文还给出了 导频(mixed—pilot)方法，这种方法可以用于MIMO 基于MM算法的时变信道估计方法，可以降低时变信道估计的运算复杂度。除了 讨论时域的时变信道估计方法，论文还提出了频域的时变信道估计方法。频域的 时变信道估计方法充分利用了频域信道矩阵的几个重要性质，可以直接在频域估 计时变信道参数，这样能够降低运算复杂度。 论文把时变信道中M1MOOFDM系统的ICl消除和符号检测一起考虑，采用 MMSE均衡和信道译码联合迭代的方法，可同时消除ICI和MSI，检测发送的数 据符号。由于OFDM系统中每个子载波受邻近子载波的干扰最大，根据这个特点 论文提出了一种简化的迭代ICI消除方法，所有的子载波分成多个组，每个组上分 别应用迭代ICI消除，予载波分组的方式随着迭代的次数进行变化，即信道矩阵划 分窗口沿着信道矩阵的对角滑动，这样能够更好地消除ICI。为了进一步降低 MMSE均衡，这种方法是一种自然的软入软出算法，算法本身是一个迭代运算， 所以能够降低复杂度；另一种是改进迭代求逆MMSE均衡，这种算法完全避免了 除法运算，从而可以降低复杂度和提高数值稳定性，便于硬件实现。 最后，论文研究了MIMOOFDM系统中基于SMC的盲检测算法，基于SMC 的盲检测算法收敛速度快，可应用于信道变化较快的情形。论文对传统的SMC盲 检测算法进行了改进，用虚拟导频的采样代替信道的直接采样，这样可以减少采 样点数，降低复杂度和提高性能，尤其是在带信道编码的系统中，这种方法可以 获得更多的信道信息，从而逼近导频辅助方法的性能。 关键词： 法，SMC盲检测 n ABSTRACT InMIMOOFDM