MIMO-OFDM系统中信道估计算法的研究

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MIMO(多输入多输出)技术即就是在发送端和接收端分别使用多根天线,因此可以提高无线通信系统容量及可靠性;OFDM(正交频分复用)技术即将整个带宽划分为多个子载波,每一个子载波之间保持正交性,因此可以使整个通信系统有较高的信息传输速率,并能抑制频率选择性信道带来的干扰。因此,对于未来更大的系统容量,更高的传输速率的下一代(4G)通信系统而言,将MIMO和OFDM两种技术结合起来就成为未来通信系统发展的必然趋势。对于MIMO-OFDM系统而言,要准确的获取接收端的数据,信道估计是通信系统中一个非常关键的环节,各种信道估计算法的目的都在于降低算法的复杂度,提高算法的性能。信道估计算法主要分为两种:基于导频的信道估计方法和盲估计方法。基于导频的信道估计方法计算复杂度低,估计精度高,但是频谱利用率比较低;而盲估计方法频谱效率很高,但是计算复杂度比较高,估计精度比较低。 本文首先介绍了MIMO-OFDM的基本原理及信道模型。在分析MIMO-OFDM原理的基础上,介绍了一种常用的基于导频的信道估计算法:LS(最小二乘)信道估计算法。为了降低LS算法的计算复杂度,对LS算法进行QR分解。其次,研究了两种自适应信道估计算法:LMS(最小均方)和RLS(递归最小二乘)算法。LMS算法对输入矢量有很大的依赖性,因此造成LMS算法极其不稳定,为了提高它的稳定性,需要对LMS算法进行归一化,即NLMS算法。分析RLS算法时,发现RLS算法的计算复杂度较高,因此,利用QR分解对RLS算法进行简化,即QRD-RLS算法,利用QRD-RLS算法估计信道时需要一个回代过程,因此,增加了信道估计的时延,为了消除时延,又提出了一种新的信道估计算法,IQRD-RLS算法。第三,对KALMAN滤波算法及迭代KALMAN算法进行了分析研究。最后,利用MATLAB对这些算法的性能进行仿真比较。仿真结果表明,QRD-LS算法的性能和LS算法类似,NLMS算法性能好于LMS算法,QRD-RLS算法和IQRD-RLS算法性能好于RLS算法,迭代KALMAN滤波算法性能好于KALMAN滤波算法。
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