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        MIMO—OFDM系統(tǒng)中基于散布導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法研究

        2014-09-26 01:12:34陶蕊王蓮蓮
        中國(guó)新通信 2014年16期

        陶蕊 王蓮蓮

        【摘要】 在MIMO-OFDM系統(tǒng)中,大多數(shù)信道估計(jì)方法對(duì)快速變化的信道都無法做到準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),從而影響了系統(tǒng)性能。為了解決這個(gè)問題,本文提出了一種基于散布導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法。該方法首先對(duì)導(dǎo)頻進(jìn)行散布化處理,然后對(duì)MIMO信道的單位沖擊響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè),而為了提高預(yù)測(cè)的精度,需要對(duì)估計(jì)值進(jìn)行了自適應(yīng)Wiener濾波,而濾波的輸出被送到DFT(Discrete Fourier Transform,離散傅里葉變換)的輸入,DFT的輸出就是所需要的信道頻率響應(yīng),該響應(yīng)可被用于信道均衡。仿真表明本文所提出的估計(jì)方法能夠準(zhǔn)確地估計(jì)出信道狀態(tài),從而有效地降低了系統(tǒng)誤碼率。

        【關(guān)鍵詞】 MIMO-OFDM LS準(zhǔn)則 散布導(dǎo)頻 Wiener濾波

        一、引言

        如何提高無線傳輸?shù)目煽啃浴⑺俾逝c頻率利用率一直是通信領(lǐng)域中的一個(gè)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。而MIMO-OFDM技術(shù)能夠有效地把兩種技術(shù)結(jié)合在一起,從而得到了廣泛地關(guān)注。其中的信道估計(jì)又是研究重點(diǎn)之一。這是因?yàn)橄到y(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)與鏈路處理部分都需要信道信息。

        而常用的信道估計(jì)可以分為兩類:導(dǎo)頻估計(jì)與盲估計(jì)。Qian等人提出的基于迭代的LS信道估計(jì)方法通過時(shí)域低通濾波器的使用,降低了ICI對(duì)系統(tǒng)的信道估計(jì)的影響,從而實(shí)現(xiàn)了精度的提升[1]。文獻(xiàn)[2]所給出的MMSE方法利用MIMO信道的頻域與時(shí)域的相關(guān)性質(zhì)來進(jìn)行信道估計(jì)。文獻(xiàn)[3]提出了一種簡(jiǎn)單的信道估計(jì)方法。當(dāng)信道變化比較緩慢,多普勒頻移比較小時(shí),上述信道估計(jì)方法所得到的信道參數(shù)能夠較好地反映實(shí)際信道的情況。

        二、系統(tǒng)模型

        本文所使用的系統(tǒng)模型參照文獻(xiàn)[3]。每個(gè)終端同時(shí)配置兩個(gè)發(fā)射天線與兩個(gè)接收天線。首先在時(shí)隙在n,發(fā)送信號(hào){b[n,k],k=0,1L,K-1}經(jīng)過空時(shí)編碼器后被編碼成兩路信號(hào){Xi[n,k],k=0,1L,K-1;i=1,2},接著IFFT分別對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行處理,最后,兩路IFFT的輸出通過兩個(gè)發(fā)射天線同時(shí)被發(fā)射出去。由于每個(gè)接收天線所進(jìn)行的信道估計(jì)過程都是相似的且相互獨(dú)立的,因此,下面的分析以接收天線j為例進(jìn)行說明。為了簡(jiǎn)化表達(dá)式,在下面的分析中將省略接收天線下標(biāo)j。同時(shí)為了簡(jiǎn)化分析,假設(shè)系統(tǒng)是同步的并且子載波之間是互不干擾的,那么在第n個(gè)時(shí)隙,接收天線j所收到的OFDM信號(hào)經(jīng)解調(diào)后可以等效為基帶信號(hào),其中,Hij[n,k]為天線i到天線j的信道頻率響應(yīng)。Wj[n,k]為高斯白噪聲。并且假設(shè)信道在一個(gè)發(fā)送時(shí)隙內(nèi)是不改變的,因此,其中Wk=exp(-2jπ/K)/,K是載波數(shù),為天線i到天線j的單位沖激響應(yīng)。

        三、基于散布導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法

        下面將從散布導(dǎo)頻設(shè)計(jì)、信道估計(jì)方法以及Wiener濾波三個(gè)方面對(duì)基于散布導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法進(jìn)行介紹。

        3.1 散布導(dǎo)頻設(shè)計(jì)

        根據(jù)采樣定理,插入的導(dǎo)頻需要在時(shí)域上滿足:St≤1/(2fDTsub),而在頻域上滿足:Sf≤1/(2ΔfL)。其中,fD是多普勒頻移最大值,Tsub為一個(gè)時(shí)隙所占用的時(shí)間。而本文所使用的導(dǎo)頻以散布導(dǎo)頻的形式給出,如圖1所示。

        3.2 信道估計(jì)方法

        把文獻(xiàn)[3]中的信道估計(jì)方法應(yīng)用在本文中,那么基于LS準(zhǔn)則的代價(jià)函數(shù)C:

        其中i[n,l]是信道相應(yīng)的估計(jì)值,Np為導(dǎo)頻數(shù)。C兩邊對(duì)i[n,l]求導(dǎo)并令其等于0,通過計(jì)算就可以得到i[n,l]的值。

        3.3 Wiener濾波

        為了進(jìn)一步提升信道估值的精度,要對(duì)得到的i[n,l]進(jìn)行Wiener濾波。在這里采用自適應(yīng)濾波。

        四、仿真分析

        通過仿真來驗(yàn)證本文所提方法的性能,并與文獻(xiàn)[3]所提的簡(jiǎn)化信道估計(jì)方法做比較。仿真環(huán)境設(shè)定為:MIMO-OFDM系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)配置2副發(fā)送天線,2副接收天線,OFDM所占帶寬為kHz,使用128個(gè)子載波,其中8個(gè)子載波作為保護(hù)頻帶,剩下的用于傳輸數(shù)據(jù)。為了減少ISI的影響,系統(tǒng)采用長(zhǎng)度為40us的循環(huán)前綴,信道采用瑞利衰落信道,多普勒頻移為200Hz,時(shí)延擴(kuò)展為τ=1.25us,接收天線之間是相互獨(dú)立的。

        圖2給出了均方誤差隨信噪比的變化曲線。從圖2中可以看出,簡(jiǎn)化信道估計(jì)方法在訓(xùn)練周期的時(shí)候,其均方誤差是最小的。但是在數(shù)傳周期的時(shí)候,由于數(shù)據(jù)的正交性難以得到保證,造成天線干擾問題,從而使得均方誤差變大。而本文所提的方法在雖然性能要比簡(jiǎn)化信道估計(jì)方法訓(xùn)練周期內(nèi)的性能要差一些,但是兩者相差不大,并且本文所提方案的信道估值穩(wěn)定性好,精度高,特別適用于高速移動(dòng)環(huán)境。

        五、結(jié)論

        本文提出了一種基于散布導(dǎo)頻的信道估計(jì)犯法。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)跟蹤能力強(qiáng)。因?yàn)槊總€(gè)時(shí)隙中的導(dǎo)頻信息都得到了利用,所以該方法能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)信道的變化。(2)估計(jì)誤差小。因?yàn)樵摲椒ú坏褂眯诺赖念l域特性,而且使用了時(shí)域特性,并且還利用Wiener濾波進(jìn)一步減少誤差,所以其估計(jì)誤差較小。(3)復(fù)雜度低。本文所提出的方法由信道估計(jì)與Wiener濾波兩部分組成。兩部分的實(shí)現(xiàn)都比較簡(jiǎn)單,因此,該算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1] Qian Y T, Yu S Y. Research on an iterative algorithm of LS channel estimation in MIMO OFDM systems. IEEE Transactions on Broadcasting, 2005, 51(1): 149-153

        [2] 王東明,高西奇,尤肖虎. 寬帶MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)算法研究. 電子學(xué)報(bào),2005,33(7):1254-1257

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