信道估计总结

1、寒假信道估计技术相关内容总结目录第一章 无线信道31.1 概述31.2 信号传播方式31.3 移动无线信道的衰落特性31.4 多径衰落信道的物理特性41.5 无线信道的数学模型61.6 本章小结7第二章 MIMO-OFDM系统82.1 MIMO无线通信技术82.1.1 MIMO系统模型92.1.2 MIMO系统优缺点102.2 OFDM技术112.2.1 OFDM系统模型122.2.2 OFDM系统的优缺点142.3 MIMO-OFDM技术152.3.1 MIMO、OFDM系统组合的必要性152.3.1 MIMO-OFDM系统模型152.4 本章小结16第三章MIMO信道估计技术173.1 MIMO信道技术概述173.2 MIMO系统的信号模型183.3 信道估计原理193.3.1 最小二乘（LS）信道估计算法193.3.2 最大似然（ML）估计算法213.3.3 最小均方误差（MMSE）信道估计算法223.3.4 最大后验概率（MAP）信道估计算法233.3.5 导频辅助信道估计算法243.3.6 信道估计算法的性能比较243.4 基于训练序列的信道估计253.5 基于导频的信道估计

2、263.5.1 导频信号的选择273.5.2 信道估计算法293.5.3 插值算法293.5.3.1 线性插值293.5.3.2 高斯插值293.5.3.3 样条插值303.5.3.4 DFT算法303.5.4 IFFT/FFT低通滤波313.6 盲的和半盲的信道估计31第四章 信道估计论文方法小计344.1 MIMO-OFDM系统的信道估计研究西南交大 2007344.1.1 基本LS信道估计344.1.2 基于STC的LS信道估计344.1.3 简化LS信道估计354.1.4 传统基于导频的二维信道估计364.1.5 基于导频的低秩二维信道估计374.1.6 几种方法性能比较和结论374.2 MIMO多载波移动通信系统中信道估计方法及硬件实现东南大学 2006374.3 MIMO-OFDM系统采用扩频码的信道估计方法北邮 2007384.3.1 MIMO-OFDM梳状导频信道估计原理394.3.2 MIMO-OFDM扩频码导频信道估计394.4 MIMO系统的检测算法和信道估计技术仿真研究西南交大 2006414.4.1 频率非选择性MIMO信道估计414.4.2 频率选择性MIM

3、O信道估计414.5 MIMO-OFDM系统中信道估计技术的研究西电 2003424.5.1 基于训练序列的信道估计424.5.2 基于导频符号的信道估计434.5.2.1梳状导频信道估计434.5.2.2二维散布导频信道估计444.6 Channel Estimation in Correlated flat MIMO systemsIEEE西电 200845第五章MIMO同步技术465.1 MIMO-OFDM同步技术概述465.1.1 OFDM同步需要解决的问题465.1.2 同步算法的分类475.1.3 同步算法的过程485.2 常用的OFDM时间频率同步技术495.2.1 时间同步和频率同步的概念495.2.2 同步性能考察指标505.2.3 利用循环前缀的同步方法515.2.4 利用PN序列的同步515.2.5 利用重复符号的时域相关同步法53第一章 无线信道1.1 概述无线信道系统主要借助无线电波在空中或水中的媒介传播来实现无线通信，其性能主要受到移动无线信道的制约和影响。与有线通信不同，无线通信系统的发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的室内传播到几千米或几十千米

4、的视距（LOS）传播，会遭遇各种复杂的地物，如建筑物、山脉和树叶等障碍物的非视距（NLOS）传播。由于无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有很大的随机性，甚至移动台的速度都会对信号电平的衰减产生影响，以上因素都造成无线信道非常难以分析。仔细分析无线信道的传输特点，是提高无线传输效率和质量的前提，一般用统计方法来分析和建模无线信道。1.2 信号传播方式在无线环境下进行通信，信号可能要经过许多的障碍物，如大楼、街道、树木以及移动的汽车等。信号的传播途径大致可分为4种：（1）直线传播 在较广阔的地区，如郊区或农村。然而在城市环境中，直线传播很少见。（2）反射 信号往往经过大的建筑物、平坦的地面和高山反射。反射是信号传播的一种重要途径。（3）折射 信号经过障碍物的边界时，经折射绕过障碍物而到达目的地，信号经折射后衰减很大。因此，在无线信道模型中，一般忽略这种传播途径。（4）散射 当信号遇到一个或多个较小的障碍物时，出现散射现象，即信号分成了许多个随机方向的信号。散射在城市通信中为最重要的一种传播方式。信号经散射后很难预测，因此理论上的建模往往建立在统计分析的基础上。在实际环境中，信号利

5、用障碍物的反射、散射或直线传播等，经多条路径到达接收端，即多径传播，从而形成了多径传播。1.3 移动无线信道的衰落特性 移动无线信道是一种时变多径信道。无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损害，这些来自不同途径的衰减损害对通信系统的性能带来极大的影响。这些算还可以归纳为三类。接收信号的功率可用公式（2-1）表示为：式中，表示移动台到基站的距离。当移动台运动时，距离是时间的函数，所以接收信号功率也是时间的函数。式（2-1）表明了信道对传输信号的三类影响：1. 自由空间传播损耗与弥散，用表示，它是移动台与基站之间距离的函数，描述的是大尺度范围内（数百米或者数千米）接收信号强度随发射-接收距离而变换的特性。2. 阴影衰落，又称慢衰落，用表示。这是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其障碍物对电波遮蔽所引起的衰落。它反应中等尺度（数百波长）的区间内信号电平中值的慢变化特性，其衰落特性符号对数正态分布。3多径衰落，又称快衰落，用表示。这是由于移动传播环境的多径传输引起的衰落。它描述的是在中等小尺度（数个或数个波长）范围内，接收信号强度的瞬时值呈现快速变化的特征，其衰落特性一般符合瑞利分

6、布，主要是由接收端周围物体产生的反射波相叠加引起的。 图1-1 某一衰落信号的路径损失、慢衰落与快衰落图（1-1）给出了某一衰落信号的路径损失、慢衰落和快衰落的示意图。从移动通信系统工程的角度看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区的覆盖，而多径衰落则严重影响信号的传输质量，必须采用抗衰落技术来减少其影响。要研究这些技术，首先工作便是深入了解移动信道本身的特性，并在此基础上研究信道的统计特性，要建立合适的随机信道模型。1.4 多径衰落信道的物理特性移动信道是一种多径衰落信道，各条传播路径上的信号幅度、时延及相位随时随地发生变化，所以接收到的信号的电平是起伏不定的，这些多径信号相互就形成了衰落。多径传播对于数字信号传输有特殊的影响，包括角度扩展、时延扩展和频率扩展。1. 角度扩展空间选择性衰落角度扩展包括接收端的角度扩展和发射端的角度扩展。接收端的角度扩展是指多径信号到达天线阵列的到达角度的展宽。同样，发射端的角度扩展是指由多径的反射和散射引起的发射角展宽。由于角度扩展，接收信号产生空间选择性衰落，也就是说，接收信号幅值与天线的空间位置有关。空间选择性衰落用相干距离来描述。相干距离定义为两

7、根天线上的信道响应保持强相关的最大空间距离。相干距离越短，角度扩展越大；反之，相干距离越长，则角度扩展越小。2. 时延扩展频率选择性衰落在多径传播条件下，接收信号会产生时延扩展。当发射端发送一个极窄的脉冲信号(t)时，由于不同路径的传播距离不一样，信号沿各个路径到移动台的时间也就不同，接收信号r(t)由不同时延的脉冲组成，可表示为其中，是第n条路径的反射系数，是第n条路径的时延。最后一个可分辨的延时信号与第一个延时信号到达时间之差为最大时延扩散，记做。由于时延的扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。与时延扩散有关的一个重要概念是相干带宽。通常用最大时延的倒数来定义相干带宽。对移动信号来说，当信号带宽小于相干带宽时，发生非频率选择性衰落，即传输后信号中各频率分量所遭受的衰落是一致的，因而衰落信号的波形不失真。当信号带宽大于相干带宽时，发生频率选择性衰落，即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应，所以衰落信号波形将产生失真。一般来说，窄带信号通过移动信道会引起平坦衰落，而宽带扩频信号将引起频率选择性衰落。3 . 频率扩展时间选择性衰落移动台在运动中通信时

8、，接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应，所导致的附加频移称为多普勒频域，表示为其中，是入射电波与移动台运动方向的夹角，v是运动速度，是波长。是的最大值，称为最大多普勒频移。在多径环境中，衰落信号的频率随机变换称为随机调频。对于移动台来说，由于周围物体的发射，其多径接收信号的入射角都不全相同。假设移动台天线为全向天线，路径数较大，不存在直达径，则可认为多径波均匀来自各个方向，入射角服从0 -2的均匀分布，来自与-之间的电波有相同的多普勒频移，是接收信号的频率为由上式可见，虽然发射频率为，但接收信号的频率却扩展到从到范围，这就是多普勒频展。时间选择性衰落信号的幅度变化符合瑞利分布，通常称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间急剧变化，又称为“快衰落”，衰落最快时每秒2V/次。但瑞利衰落的中值场强只产生比较平缓的变化，故称为“慢衰落”。最大多普勒频展宽度的倒数定义为相干时间。相干时间表征的是时变信道对信号的衰落节拍，而这种衰落是由于多普勒效应引起的。在时间间隔之内，信道可以认为是不变的。综上所述，频率选择性和时间选择性是衰落信道的两个不同特性。将他们合在一起考虑，衰落信道一般可以被分为一下四种类型：（

9、1） 平坦衰落信道（2） 频率选择性衰落信道（3） 时间选择性衰落信道（4） 双选择性衰落信道 衰落信道的类型对无线通信系统的设计起着关键性的作用。如何给衰落心道的类型进行定性，取决于应用环境和系统的要求。1.5 无线信道的数学模型 由上节内容可知，要建立合理的移动通信信道仿真模型，必须考虑信道的随机时变和时延扩展亮方面的特点。随机时变特性可用多个独立信号源的叠加来表征，当信号源数目很大时，由中心极限定力可知，接收信号在基带上可以表示为独立的零均值复高斯随机过程，其幅度变化符合瑞利分布，称为瑞利衰落信道。当信号源中有一直达强径时，则幅度变化符合莱斯分布，称为莱斯衰落信道。因为瑞利信道更具普遍性和代表性，本文中的仿真主要针对瑞利衰落信道来进行的。1. 瑞利分布衰落(Rayleigh Fading)当信道中传送到接收机的信号散射分量数目很大时，应用中心极限定理可得到信道脉冲响应的高斯过程模型。如果该过程是零均值的，那么任何时刻信道响应的包络都具有瑞利概率分布，而相位在(0,2)区间内均匀分布，即其中，是包络检波之前所接收到的信号均方根值，是包络检波之前的接收信号包络的时间平均功率。2. 莱斯分布衰落(Rice Fading)当存在一个主要的静态信号分量时，小尺度衰落的包络分布服从莱斯分布。这种情况下，从不同角度随机到达的多径分量叠加在静态的主要信号上。包络检波的输

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