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一种新的基于导频的MIMO—OFDM信道估计方法


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20 0 8年 5月  

西





电 学





报 

Ma 0 8 y2 0 
Vo .3N .  11   o 3



第 1卷 第 3 3 期 

J RN OU ALO FXIAN UNI RS T OFP S A D TE E OMMUNI A O S ’ VE I Y O T N L C C TI N  



种 新 的基 于 导 频 的 MI MO—OF DM 信 道 估 计 方 法 
师 小琳 
( 西安邮 电学院 电子与信希工程 系, 陕西 西安 702 ) 1 1 1 

摘 要 : 出 了一种 适 用 于 时 变 衰 落信 道 的 Ml 提 MO一0 D 系统 的组 合 信 道 估 计 方 法 。该 方 法 利 用 优 化 导 频 和 基 于  F M

梯度 的可变遗忘 因子的改进 R s算法进行信 道估计。此外 , 用基 于 MMS ( n m meDsur  ̄lr 的合 并  L 采 E mimu   a_qae - ) i - o 器对改进 R S算法的估计 结果做 了进一步修 正。仿真结果表明 , L 这种 改进的 RL S算法较传 统的 R S算 法能够更  L 有效地跟踪时 变衰落信 道的 变化 ; 在相 同条件 下 , 该组合算法能够提 高 系统性能 , 获得更 小的 B R (i ̄lrrt)  E bt r   e 。 - a o
关键词 : MO—O DM;信道估计 ; S算法 ;MMS Ml F RL E合并 器 
中图 分 类 号 : 9 9 TN 2   文献标识码 :  A 文章 编 号 :0 7 2 42 0 )3 o 5 4 1 0 —36 (0 8 0 —0 0 —0  

中 A N 和 I I的影 响 。 除此 之外 , 利 用 基 于  WG C 还

引言 
正交频 分复用 (  M) oI 技术是 一 种 非常 流 行 的  高速率 的无线 传输 技术 , 能有 效 的抑 制 符号 间 干  它
扰 (S ) 多 径 衰 落 。多 天 线 ( MO) 术 可 以 大  II 和 MI 技

MMS E准则的合并器, 对信道估计的结果进一步修  正。理论分析和仿真结果都证明了该组合算法能够  有效 地提 高系统性 能。  

1 MI   MO—OF DM 系统 模 型 
假设 MI MO—OF M 系 统 中发 射 和 接 收 天 线  D

大提高通 信 系统 的容量 和频谱 利用 率。因此 , 将 
OF M 和 MI D MO技 术相结 合 是提 高 3 4 G/G宽 带无 

线通信系统性能的优选方案 , 且具有很大的发展潜  力。然而 , 在实际通信系统 中, 接收机能否准确地进  行相干解调 , 需要获得精确 的信道状态信息。从而  MI MO— F M 系统 的信道估计方法是需要研究的  OD 重 要 课题 。前 人对 MI MO—OF M 系 统 的 信 道 估  D 计算法 已有一些研究[ _ 时变快衰落信道 中, 卜9 。在   由于加性高斯白噪声( WG ad i   h e as A N, div w i   u— te tG  
snni ) i  os 以及 载 波 间 干 扰 (C ,itr ar ri— a e I I ne —cri     e n

数分别 为  和N , r子载波数为 N。 二进制数据流经 
适 当调 制 、 串并转 换 , 照 空时分 组编 码 的结 构要  并按 求, 映射 到第 ( i= 1… , ) ,   个发 射天 线 的子 载波  上。 每个 天线 上 映射 后 的符 号经 过 I H  变换 、 缀加 

循环前缀 ( yl  r i, P 形 成 O D 信号。 C cc ex C ) iP f FM 其  中, 循环前缀 的长度应大于信道时延扩散长度。 然后  从  个发射天线上发送到无线信道中。 在接收端,   将 Nr 个天线接收到的信号进行去 C 、 F P D T变换 , 然  后在合并器中进行数据处理 , 得到信号的估计量并  作 出判决 , 而恢 复 出原 始 的二进 制 数 据 。 从 将第
. 

t f ec)使得信道估计的精确性大大降低。L[  e e ne, rr i]   等提出了频域和时域的二维 MMS E信道估计方法 ,   但仍然 没有 利用 信道 的时域 动态 特性 ; 而传 统 的  



1… , ) 接收天 线上 接 收到 的数据 , , Nr 个 去掉 C   P

RS L 算法由于受算法 中定常遗忘因子的制约 , 不能  够 很好 地跟 踪时变 衰落 信道 。  
本 文 提 出 了一 种 基 于 导频 和 改 进 R S算 法 的  L

后 的符号 向量表示 为 :  

(  )

=  

墨 
=1  

x( F   + (      ) h ,    )
. 

() 1 

信道估计方法 , 以有效地降低 MI O— F M 系统  M OD
收稿 日期 :0 7 9 0 20 —0 —3  

其 中 x ( 为第 i    ) 个发射 天线 上发送 的符 号矩 阵。  

基金项 目: 国家 自然科学基金 ( .0 7 0 7 , NO 74 15 ) 陕西省教育厅 自然科学基金资助项 目( .3k 6 ) NO 0J0 5  作者简介 : 琳( 9 0 , , 师小 18 一)女 陕西西 安人 , 西安邮电学院 电子与信息工程系助教。  

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2o 0 8年 5月  

为D T F 矩阵 F的前L列 , 其中 L为信道冲击响应长  度。 f 为第 i h’ j 个发射天线到第 个接收天线之间信  道脉冲响应 向量。 , 为第   ( ) z 个接收天线上接收到 

观测信 道 的估计 误差 
(z   (z   (z  , )= , )一 , )
=  

(z , )一五 , ( ) f ,   fH n x (z f )

() 3  () 4 

的独立 同分布的均值为零、 方差为 2的 A N 向   WG  
量 DF T变换 。  

估计更新值 
(z+1   (z , )= , )+k ,   (   (z f )  ) K l n增益  a ma k ,)= P , X  ,  (z (z (z ) ) P, (z一1Xa,) ) (z  5  

2 信道估计算法   
对于每一对收发天线来说 , 其他发射天线上发  射出来的信号就成为干扰信号。 因而为了准确地进  行信道估计 , 需要在发送信号 中插入导频信号 , 从而  提高信道估计 的精确度和准确地在接收端获得有用  的信号 。   2 1 系统导 频设计  .  通常导 频 主 要有 两 种插 入方 式 : 块状 插 入 和散  布式插 入 ( 图 1 。 于导 频 的设计 有 如 下结 论 J 见 )关 :   为了跟踪时变信道 的变化 , 导频信息 的插入速率必  须与相应的多普勒扩展和信道的时域扩展相适应 ,   即在 时 域 和频 域 上 导 频插 入 的 间 隔 D Dr 足 下  , 满 面两个 条件 :  
Dc ≤ 
1  

相 关矩 阵 的逆 阵  P,   (z )=
一  

[( 一1 P  )一k ) (zP , ( 】 , (z一1] ) ) 

() 6 

其 中 , (z 为第 个接收 天线 上接收 到 的数据 的估    , ) 计 结果 。  (z 为第 i 发 射天线 到 第 个 接 收天  五 , ) 个

线之间信道脉冲响应的估计结果。 , ∈ ( ,]  ( ) 0 1 是  z 遗忘 因子 。   遗忘因子在 R S L 算法中起到非常重要的作用 ,   如果信道变化慢 , 遗忘因子取较大值 , 利用较多的以   往信息获得 当前信道估计值 ; 反之 , 如果 信道变换  快, 遗忘因子取较小值 , 记忆少量信息从而较好地跟  踪快变信道变化。R S中遗忘因子是定常值 , L 所以  为了使 R S L 算法能够跟踪时变信道 , 我们改变该因  子使之成为 随观测信 道估计 误差 的 MS E梯度 函  数, 表达式 如下 :   信道 响应误 差 
(z , )= h , ,)一f . ,   i (z i j z j i( ) () 7 

; ≤  1    

’  

() 2 

其 中 , 是最 大多普 勒频移 ; , △分 别是 OF M    T和 D

符号周期及子载波频率间隔。一 是信道最大时延 。 r   鉴于无线信道在时间和频率上 的可变性 , 大多数情  况下采用散布式插入方式 。 在发送导频时 , 即要保证  导频 的正交性 又应 满足 导频 的等 间隔分 布 。  
时 间 

观测信道估计误差 的 MS   E 2 ( )= E{ e )I  , z I(     }

=  

蒸  
( ) 块状 导 频  a ( b)散布 式 导频 

() , +n { (z  } z K ,R   )

() 8 

其中, (z K, )=E{fn  ( ) 为信道响应误差的   ( ) , } z 相关矩阵。 血(z 为信道传输信号的 自相关矩阵。 R , )   基 于梯 度控 制 的可 变遗 忘 因子 
(z   ,)=


图 I 导 频 主 要 的 两 种 插 入 方 式   

22 基于改进 R S .  L 算法的信道估计  信道估计算法中主要有 R S L 两种方法 。 L 和 MS   L 法只利用信道的当前信息进行估计 , R S MS 而 L 法  将信道的历史信息与当前 信息相结合估计 出信道 
值, 因而更 为可靠 ; 不仅 如此 , L R S算法 比 L 算 法  MS 收敛速 度快 、 稳定 性 高 , 以 R S算 法 被 常 用 来 获  所 L



 

( 9 )  

其中, 为步长。 和 舾 / z   分别表示遗忘因子的上下 
界。  

当塑 

为正值时 Ms E随着  的 增加 而 增 


得信道估计量 。 但是 , 在快变信道中, L 算法无法  RS
很好地 跟踪信 道 变化 。 因此 , 本文 对 R S算 法 作 了  L


大, 此时梯度控制可减小 ;  

为负值时 , E Ms  

些改进, 通过改进后 的 R S L 算法有效的获得信道 

的估计 量 。 L R S算法 描述 如下 :  

随着  的增加而减小, 此时梯度控制可进一步增大  这样就可以使 R S算法在时变信道中始终可以  L 获得最小 MS , E 从而准确地进行信道估计 。  


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第3 期 

师小琳 : 一种新的基 于导频 的 MI O—O D 信道估计方 法  M FM



 

_二 _ 

23 . MMS E合 并器 

由于在单个载波上利用 R S算法进行信道估  L 计只利用了衰落信道的时域相关性 , 因此 , 利用基于  MMS E准则[ 的线性合并器对估计结果进行修正。 7 ]  
设第  根 接收天 线 的合并 矩 阵为  ,  ( 左, )为第 i    

因子 (  =0 6 ) L .5 R S算法估计 的 MS E也被画出以  便 比较 。从图中我们看出 , 在相同 S R条件下改进  N 的RS L 算法能够获得更小 的 MS E值 ; 明该算法  说 能够更好更有效的跟踪时变信道的变化。图 3 给出   了算法的系统误码率 B R比较图。从图中我们看  E 出 , 相 同 S R 条 件下 改进 的 RL 在 N S算 法 能够 比采  用传统 R S L 算法得到 的信道估计获得更小的 B R; E   同时 , 利用改进 R S和基 于 MMS L E合并器 的算法  能够获 得近 似于 系统理 想性 能 的 B R性能 。 E  

根发射天线到第 根接收天线之间的信道 冲击响应  的改进 R S算法估计结果 , L 则其修正结果为 
f j ): T ,  ) / ( i  f (   f


( 0  1)

其中, 遵循 MMS   E准则 , 即使得 E[J  ( 一 J    )   h
( J] 小 ,  )l 最   对  求 导可得  T = E[  ( ( , )H  f h, )  , ) I , ( { 左, )左, )H } E[  ( (  ( ) I      (1  1)

将式(0 得到 的结果进行 二次插值处 理 即可得到  1) 第i 根发射天线到第J 根接收天线之间信道N 个子  载波的信道估计值。  

3 仿真 结 果 及 性 能 比较   
仿真中无线信道采用 R y i 衰落信道且对信  alg eh 道能量进行了归一化处理 , 信道的参数采用 I U — T   RM .2 51 信道 B模 型 ,   12 [ J 0 如表 1 所示 。 MI — 设 MO  
O D 系统 中 , FM 发射 与接 收天 线数  = Nr= 2子  , 载波 数 N = 26 C 5 , P长度 为 3 , 2 采样周 期  = 2×   1~S 系统采 用 B S 0 , P K调 制 , 收 端 符 号 检 测采 用  接 硬判决 准则 。  
表 1 I U—R M.2 5信道 B模 型    T   12
相 对 时延 /s 0 1 0 n    0  20 0  30 o  50 0  70 0 

图 3 信道估计算 法 B R性能比较  E

4 结 束语 
本 文 提 出 了 一 种 新 的 基 于 导 频 的 MI — MO  

O D 信道估计的组合算法 , FM 能够有效地降低 MI .   MO—O D 系统 中 的 A FM WGN 和 II 响。该 算  C 影 法利用优化的导频序列和基于梯度函数的可变遗忘  因子改进 了 R S算法 , 而获得更精 确 的信道估  L 从
计 。最 后又利 用 基 于 MMS E准则 的合 并 器对 估 计 

平均功率/B   —3 6 —7 2  —1 . —1 . —2 .  d  0 .0 .0 08 80 52

\ 

l- l s aR S loi m -Ca   l L  ̄g rh   * sc  t

结果进一步修正 , 所以该算法能够有效地跟踪无线  衰落信道的变换。理论分析和试验仿真都证明了该  算法可以有效地提高 MI MO— F M 系统性能。 OD  
参 考 文 献 

Il r e L ̄ot   -m c d S g i J p  R , v - rm h

\   -= : :_ : :……   =

\  \ 

\ 
图 2 信 道 估 计 算 法 MS E性 能 比较 

[ ] Y. i i li  hn e et t nfr D sse   1 L ,S ie can lsi i     M  t mp f d   mao o OF y ms
wi   lpet nmi at ns[ ] E E Tr t mut l r s t ne a J .IE   a h i  a   n m.o   n
Wils o r e   mmu . 2 0 , ( )6 —7 . e sC n , 0 2 1 1 :7 5  

[ ] W . S n , . Lm, i t y o a e  anl — 2 G. o g JT. i Pl —smb lid c n e e   o  d h   s
t t nf   D w t  s fd  hn e J .IE   i i  r a m o o OF M  hf t ai can l ] E E i a  n g s[ Tr a m.o  racsi , 0 3 4 ( )3 8—42  nBo dat g 2 0 , 94 :9 n 0.

[ ] M. h , J e adC. L e E hne  anl   3 S i H..L e n n Y. e , n a c c n e— d h s i i   c n e f   MO—O D sse J . et t nt h iu   rMI a m o e qs o F M yt ms[]  
I E   r s nVei l   ehooy 0 4 3 1 : E E T a .o   h u rT cn l ,2 0 ,5 ( ) n ca g  
2 1—2 5  6 6 .

图 2给 出 了基 于梯 度 函数 的可变遗 忘 因子 RL   S

算法估计 的 MS E性能 图。其 中, 统 的恒定遗忘  传

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[] Y i J 4 .L,L..aIi I ,N. l R.S ln e,R b s ca . ol l x o ut hn  e ̄  
n le t t n fr 0F e  si i  o  DM   ytms wi  a i  i es e ma o sse   t rpd ds ri   h p v

g t n  l tr RL   lo i m n t et i f c0   S ag r h i  i g a t me— v r i   v r n   a yn e io — g n

met,I E   rm.o i n s E ET a nS 酬 5 ( )3 4 —3 5 . 3 8 :1 1 10 

Poes ,A g 0 5  rcsi g n u .2 0 ,

f i  hr dE] I E rm. nWi ls c a n cam J . E ET a o dg r e   mmu . esC n,  
19 。 67 :0 —9 5 98 4 () 9 2 1 .   [ ] RvnNe,R.Paa , F) fr r esMu i da 5 a  e rsd 0 1M    d s o Wi   lmei t  

[] 周鹏 , .MI 8 等 MO—O D 系统 中基 于导频 辅 助的信  FM

道估计 [] J.电子与信息学报 , 072 ()13 3 . 20 ,91 :3 —17  
[] 梁永 明 , 9 等.MI MO—O D 系统 中一种基 于 自适应  FM

C mmu i t n M] r c  ue 2 0 . o nc i s[ .A t hHos, 0 0  ao e
[ ] S Viet 6 . n ,K. .  na dH  . .Pt c ,R b t H.C  n   W F a i rk ou   s
MM S c a n   t t ni  E h n d e i i   0 ) s tms t rci s ma o n M y e   hp t。 s wi a  

滤波的信道估计方法[] 电子与信息学报, 07 2  J. 20 , 9
( )3 0 1 . 2 :1 —3 2  [0 R C 1 ] E OMME DA O I U—R M .2 5 Gu en   r N TIN  T   12 。 i l e f   d is o
Ev u t no   do Trn sin Teh oo i  o M T  l a ai   fRa i  a  ̄ so   c n lge frI o s


c  mi   n ho i t n[ . E EWC C2 0 , t l ig y a t n s crnz i A] I E   N  04 A — ao  
l t ,C ' a n a a  ̄ g ,Us i A,7 1—7 6. 1 1  

[] 7 

S H.ads   . ,G ai t ae ai l fr . n  0C F. rde   s vr b   — nb d a eo  

2 0 [ .19 . o0 R] 9 7 

A  e p lt—ad d c a n le tma i n f rM I O — OF n w  i ‘ i e   h n e  si to  o   M o — — — DM  y tr s s se   n
S   a 一1   HIXio i n
( eat nt f l t nc dI omainE gne n ,X ’   nvri  f ot dT l o mu i t n,X ’  1 1 1C i ) D pr me     e r i a  d r t   nier g i U esyo  s a   e cm n ai s i 7 0 2 , hn   oE co   n r o i n a i t P   n e c o n a a
Ab ta t n t i  a e     e p lt — ie   h n e s i t n f r M I O — OF sr c :I   h sp p ra n w  i — ad d c a n l t o e ma i  o   M o — DM  y tms i  r p s d f rt   s se  sp o o e    i o me —v r i g f d n   h n l.Th   r d e t a e   a ib e f r e t g f co   a y n  a ig c a es n e g a in —b s d v ra l o g ti   a t rRLS ag r h i  rs n e  o ta k   n   lo i m s p e e t d t  r c   t t i —v r ig c a n l.Th s i p o e   S a o i m  r d c s m u h s l rM S a d h n e p o ie   et r me a y n   h n es i m r v RL   l r h p o u e   c   ma l   E    e c   r vd b te     d g t e n s

ca n l t t n eie,a nmu mensu e r r( h e e i i .B s s   i m  a   a   r MMS )cmbn rs l  sdt  d i   e h . n   ma o s d mi qr e o E o ie    s ue  mo f t   a   ia o o y h cn
n l t t   b an   y t e i p o e   e e i e o t i e b  h   r v d RLS ag rt m .Th  e u t h w  h tt e p o o e   lo ih h sb te     m s s a d m   lo i h e r l s o t a  h   r p s d a g r m  a   e t r s s t p ro ma c  h  h   ls i l e f r n e t a t e c sc   n a a RLS ag r h  n ta k n   i e   a y n   a ig c a n l  d i a s   ep o t i    lo i t m i  r c ig t m — v r ig f d n   h n esa  t l h l  b an n   o

b e ie o a B R) r MO—OF M  se . w r tr r t E f   b  r e( o MI D s tm   y s
Ke   r s M I O —OF y wo d : M DM ;c a n l t t n;RLS ag r h ;M M S c m bn r h n ee i i   m o s a  l i m o t E  o ie 

我 院今 年计 划本 专科 招 生 3 7 7 0人 
我院 2 0 年普通高等本专科招生计划总数为 3 7 人 , 08 7 0 其中本科 3 个专业计划招生 37 人  3 50 ( 含国防生 10人)高职 3 0 , 个专业计划招生 20 , 0 人 分省分专业招生计 划 目前正上报省教育厅审 
批。  

根据教育部 、 陕西省教育厅下发的关于编报普通高等学校分省分专业招生计划 的通知精神 ,   我院今年本科招生理科 3 6 名( 国防生 10 )文科 2 5 , 25 含 0名 、 8 名 专科招生其 中理科 10 文科  6 名、
4 O名 。  

根据教育部《 关于做好 2 0 年普通高校招生工作 的通知》 (08年全国普通高等学校招生  08 、20
工作规定》 等相关文件精神 , 按教育部对招生工作的“ 六公开、 六不准” 的要求 , 我院认真准备组织  实施 2 0 年招生工作 的“ 08 阳光工程”确保招生工作公正、 , 公平、 公开 , 在全国 3 个省 ( 区) O 市、 全部 
继续 实行 网上 远程 录取 。  
( 郭 琪)  


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