MIMO—OFDM中粒子濾波信道估計(jì)技術(shù)綜述

【摘要】MIMO-OFDM系統(tǒng)是將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合，是無(wú)線通信領(lǐng)域的重大突破，其頻譜利用率高、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、高傳輸速度特性能夠滿足下一代無(wú)線傳輸網(wǎng)的發(fā)展要求。MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)組合了多輸入和多輸出天線和正交頻分復(fù)用技術(shù)，這種系統(tǒng)通過(guò)空間服用技術(shù)可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又可以通過(guò)空時(shí)分集和正交頻分復(fù)用的可靠性和頻譜利用率。MIMO-OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是信道估計(jì)。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練；智能手機(jī)；維修與檢測(cè)

一、引言

第四代移動(dòng)通信要達(dá)到把數(shù)據(jù)速率從2Mb/s提高到100Mb/s，能提供高達(dá)150Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)的目標(biāo)。4G移動(dòng)通信主要目標(biāo)之一是數(shù)據(jù)傳輸速率的提升，是通過(guò)各種技術(shù)降低時(shí)延，提高用戶的數(shù)據(jù)傳輸速度，和增大系統(tǒng)容量等。在高速寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中，多經(jīng)效應(yīng)、頻率選擇性衰落和帶寬效率是信號(hào)傳輸過(guò)程中必須考慮的幾個(gè)問(wèn)題。MIMO系統(tǒng)是針對(duì)多徑無(wú)線信道而產(chǎn)生的，在可以利用傳播過(guò)程中產(chǎn)生的多徑分量，多徑效應(yīng)對(duì)其影響不大。在無(wú)線信道下，如此高的傳輸速率，如何降低頻率選擇性衰落時(shí)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。高速調(diào)制技術(shù)中的多載波正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)是很多學(xué)者專家關(guān)注的技術(shù)之一。

OFDM技術(shù)是一種無(wú)線信道下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想是在頻域內(nèi)將給定的信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸，因此，可以獲得高數(shù)據(jù)速率。OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾，由于子信道的頻譜是可以相互交疊的，因此，頻率利用率高。MIMO-OFDM系統(tǒng)是將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合，是無(wú)線通信領(lǐng)域的重大突破，其頻譜利用率高、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、高傳輸速度特性能夠滿足下一代無(wú)線傳輸網(wǎng)的發(fā)展要求。

二、研究意義

4G移動(dòng)通信將提供高達(dá)100Mb/s甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持從語(yǔ)音到多媒體業(yè)務(wù)。用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率還可以動(dòng)態(tài)調(diào)整。在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)如此高的數(shù)據(jù)傳輸速率和所需的系統(tǒng)容量，需要提高頻譜利用率。

OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交頻分復(fù)用技術(shù)）技術(shù)可以高效地利用頻譜資源并且有效地對(duì)抗頻率選擇性衰落。MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put，多輸入多輸出）利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下，成倍的提高信道容量。MIMO和OFDM結(jié)合可以克服無(wú)線信道頻率選擇性衰落，增大系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率。

MIMO-OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是信道估計(jì)。粒子濾波是一種新型的濾波算法，正在受到越來(lái)越多的重視，由于它在處理非線性問(wèn)題時(shí)，不需要線性化和高斯的假設(shè)，這使得它在實(shí)際中的應(yīng)用具有極其廣闊的前景。粒子濾波已經(jīng)成為研究非線性、非高斯動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)估計(jì)問(wèn)題的一個(gè)熱點(diǎn)和有效方法。因此，將粒子濾波技術(shù)應(yīng)用到MIMO-OFDM系統(tǒng)中解決信道估計(jì)問(wèn)題，對(duì)于無(wú)線通信領(lǐng)域發(fā)展具有十分重要的意義。

三、信道估計(jì)

信道估計(jì)是利用信號(hào)的確知信息來(lái)估計(jì)出實(shí)際的信道的徑數(shù)和徑的系數(shù)，目的是識(shí)別每副發(fā)送天線與接收天線之間的信道沖激響應(yīng)。

目前信道估計(jì)有兩類：

一類是基于訓(xùn)練序列或者導(dǎo)頻的方法，此類方法在時(shí)變信道中，需要周期性的發(fā)送訓(xùn)練序列，訓(xùn)練序列的發(fā)送要占用信道容量，從而降低了信道利用率，它的好處是估計(jì)誤差小，收斂速度快；

另一類是采用盲方法來(lái)進(jìn)行信道辨別，分為全盲和半盲信道估計(jì)，全盲信道估計(jì)是利用信道的輸出和輸入的統(tǒng)計(jì)關(guān)系在無(wú)需知道導(dǎo)頻序列的情況下估計(jì)信道參數(shù)，好處是傳輸效率高，不足是魯棒性相對(duì)較差，收斂速度慢，而且運(yùn)算量大。半盲是結(jié)合盲處理和少量導(dǎo)頻信號(hào)或者訓(xùn)練序列，可以克服由碼間干擾和不同信號(hào)源干擾引起的對(duì)盲處理限制。盲信道估計(jì)算法可以提高信道利用率，更適合于高速數(shù)字通信信道，但全盲算法運(yùn)算量相對(duì)較大，而且收斂速度慢，目前難以實(shí)用化。而半盲算法是對(duì)盲算法和基于導(dǎo)頻法的折衷處理，降低了運(yùn)算復(fù)雜度。

非盲信道估計(jì)算法需要頻繁地發(fā)送訓(xùn)練序列，估計(jì)誤差小，算法復(fù)雜度低，但是訓(xùn)練序列占用了信道帶寬，致使系統(tǒng)頻譜利用率低。

如果信道變化快，就需要頻繁的發(fā)送訓(xùn)練序列，更不能有效提高頻譜利用率。盲信道估計(jì)算法不需要發(fā)送訓(xùn)練序列，利用信號(hào)的固有特征來(lái)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，可以充分利用信道的頻譜資源。利用粒子濾波技術(shù)對(duì)非線性系統(tǒng)和非高斯噪聲環(huán)境具有高度的適應(yīng)性、濾波算法簡(jiǎn)單以及不受估計(jì)參數(shù)維數(shù)困擾等優(yōu)點(diǎn)。研究MIMO-OFDM系統(tǒng)中應(yīng)用粒子濾波算法實(shí)現(xiàn)信道的盲估計(jì)。

四、總結(jié)

在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率。MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)技術(shù)的研究可以克服無(wú)線信道頻率選擇性衰落，增大系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率。

MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)組合了多輸入和多輸出天線和正交頻分復(fù)用技術(shù)。這種系統(tǒng)通過(guò)空間服用技術(shù)可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又可以通過(guò)空時(shí)分集和正交頻分復(fù)用的可靠性和頻譜利用率。MIMO-OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是信道估計(jì)。粒子濾波是一種新型的濾波算法，正在受到越來(lái)越多的重視，由于它在處理非線性問(wèn)題時(shí)，不需要線性化和高斯的假設(shè)，這使得它在實(shí)際中的應(yīng)用具有極其廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：廣西教育廳科研項(xiàng)目MIMO-OFDM中粒子濾波信道估計(jì)技術(shù)的研究（201106LX646）；賀州學(xué)院科研項(xiàng)目：MIMO-OFDM中粒子濾波信道估計(jì)技術(shù)的研究（2011ZRKY05）。

作者簡(jiǎn)介：張紅燕（1978—），女，副教授，研究方向：電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和粒子濾波技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用等。