时变信道中mimo+ofdm系统信道估计和符号检测技术

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1、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

2、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MIMOOFDM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

3、。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(FactorGraph)在信号处理中的应用为主线，讨论了FactorGraph中Sum．Product算法推导的两类简化方法，一种是变换方法(VariationalMethod)，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，马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)及序列蒙特卡罗(SMC)都属于这种方法。论文给出了MM算法的构造方法和收敛特性，另外推导了FactorGraph与MCMC及SMC的关系。在这之后，论文开始研究快速时变信道中MIMOOFD

4、M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，一种是混合导频(mixed—pilot)方法，这种方法可以用于MIMOOFDM系统。论文还给出了基于MM算法的时

5、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

6、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均衡的复杂度，论文提出了两种MMSE均衡的改进方法，一种是SequentialMMSE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

7、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：MIMO，OFDM，ICI，时变信道，信道估计，符号检测，MM算法，SMC盲检测nABSTRACTInMIMOOFDMsystems，thechannelisusuallyassumedtObeconstantduringanOFDMblockandtheproposedchannelestimationandsymboldetectionareusedinsuchscena

8、rios．However,duetOresidualcarrierfrequen