MIMO-OFDM系统中信道估计算法研究.pdf

摘 要
OFDM 技术将频率选择性信道转化为若干个并行的平坦衰落信道，具有很高的频谱
利用率，而且有效的克服了多径衰落产生的不良影响。MIMO 技术通过在发射端和接受
端分别使用多个天线，不需要增加系统额外的带宽资源和系统的发射功率，系统的容量
就可以成倍的提高，带宽利用率也随之提高。因此，将 OFDM 技术与 MIMO 结合的
MIMO-OFDM 技术可在有限的频谱资源上实现高速率、大容量的数据传输。MIMO-OFDM
技术已经成为下一代移动通信的核心技术之一。本文围绕 MIMO-OFDM 系统中信道估计
这一关键技术，深入研究了基于导频的信道估计算法。
首先，本文简要阐述了 MIMO-OFDM 技术的研究背景和发展现状，对无线信道的特
性和模型进行了研究，并对多径时延、多普勒扩展、瑞利衰落和莱斯衰落进行了相关讨
论，详细分析了 OFDM 系统、MIMO 系统和 MIMO-OFDM 系统的基本原理和模型。其
次，研究了 MIMO-OFDM 系统中基于一维导频的信道估计，根据 OFDM 系统导频插入
的方式推导出了 MIMO-OFDM 系统下导频的插入方式，即分别在时间和频率轴上插入时
域正交和频域正交的导频，然后对导频位置处的最小二乘（LS），最小均方误差（MMSE）
及其改进算法进行了仿真分析和比较，并介绍了插入频域正交导频下的一阶线性内插、
高斯内插、cubic-spline 内插和基于变换域的内插算法，通过 Matlab 仿真对比了各自的性
能和优缺点。
最后，针对一维信道估计的不足，研究了基于二维导频的信道估计。讨论了二维导
频的分布结构，在插入矩形导频图案的情况下，介绍了基于 MMSE 准则的维纳滤波内插
算法及其改进的维纳滤波内插算法，仿真结果表明了该算法的性能优于一维内插算法。
由于采用内插算法的过程中会引入插值噪声，本文提出了在内插算法的基础上加入基于
时频变换的二次降噪滤波方式，有效的去除了插值噪声，并通过仿真验证该算法具有更
好的估计性能。
关键词：正交导频；二维离散导频；内插算法；降噪滤波
V
Abstract
OFDM can divide a frequency selective channel into a number of parallel flat fading
channels. This technology achieves high spectral sffiency ,and overcome the adverse of
multi-path effects. MIMO systems,employing multiple transmitting antennas and multiple
receiving antennas,can not only multiple channel capacity,but also multiple the spectral
efficiency without increasing the bandwidth and transmit power. MIMO-OFDM ,combining
OFDM and MIMO, will achieve high rate and large capacity in limited bandwidth.
MIMO-OFDM technology has become one of the core technology of the next mobile
communications. This paper focuses on this key technology of MIMO-OFDM system channel
estimation, in-depth study channel estimation algorithm based on pilot.
First，this paper briefly describes the research background