我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:万喜彩票 > 反向信道 >

WiMAX系统中导频和信道估计

归档日期:07-04       文本归类:反向信道      文章编辑:爱尚语录

  是以IEEE 802.16系列标准为基础的宽带无线接入技术,支持固定、游牧、便携和全移动4种应用场景。近年来,宽带无线技术发展迅猛,

  逐渐成为无线通信业界关注的焦点。IEEE 802.16标准主要包括固定宽带无线d和移动宽带无线e凭借其移动性的支持,高速数据业务的提供和较低的成本,被业界视为能与

  相抗衡的下一代无线宽带技术。由于正交频分多址接入(OFDMA)技术具有抗多径衰落能力强,频谱利用率高等特点,802.16e和802.16d的物理层核心技术都采用了OFDMA[1-2]。

  信道估计是OFDMA系统应用研究的关键技术,其准确程度极大地影响着系统性能,尤其是结合多输入多输出(MIMO)高阶调制时。到目前为止,针对单输入单输出(SISO)-OFDM系统的信道估计方法甚多,有基于最小平方(LS)的频域信道估计,有基于傅立叶变换(FFT)的信道估计,有基于LS准则和最小均方误差(MMSE)准则的时域信道估计,有盲信道估计等。这些方法各有利弊,在不同系统中的性能差异较大。

  OFDMA系统中,上下行链路工作原理差别很大,下行链路是一个广播信道,可遵循正交频分复用(OFDM)系统中信道估计方法的思想,而对于上行链路,各用户与基站的通信是随机的,每个用户对应自己的多径衰落信道,信道估计需分别进行。当OFDMA系统结合MIMO技术时,接收信号是多根发射天线的信号叠加,不同天线之间的信号存在干扰,信道估计的准确程度极大地影响着系统性能,因此MIMO系统中对信道估计的准确程度比一般SISO系统要求更高。另外,802.16d和802.16e标准对上下行链路定义了不同的子信道分配方案,以适应不同的情形。在各种分配方案中,导频开销和导频图案有所不同,因此所采用的信道估计方法也不同。综上所述,研究WiMAX-MIMO-OFDMA系统中,不同导频模式下的信道估计极具意义。

  WiMAX-MIMO-OFDMA系统的发射接收流程与OFDMA子信道分配方法、MIMO技术及其编码矩阵等有关,其框架结构较多,具体见文献[1]。发射端大概包括编码、交织、调制、子信道化、MIMO编码、插导频、快速傅里叶反变换(IFFT)操作、滤波、数模(DA)变换、无线射频(RF)调制等流程,其先后顺序在不同情况下有所变化。接收端与发射端互为逆过程。

  OFDMA子信道分配分为完全使用子信道(FUSC)和部分使用子信道(PUSC)。FUSC是先选择导频子载波,再将剩下的子载波分成子信道进行数据传输;而PUSC是先把可用子载波分成子信道,再在每个子信道中选择导频子载波。

  MIMO技术主要包括发射分集和空间复用[3]。WiMAX系统中支持的有空时分组码(STBC),空频分组码(SFBC),跳频分集码(FHDC),垂直分层空时码(V-BLAST)和水平分层空时码(H-BLAST)[1]。下行链路中支持2根、3根和4根发射天线根发射天线]。对于不同发射天线]。

  WiMAX系统中的子载波分为3种:数据子载波,用于传输数据;导频子载波,用于各种估计或同步;空子载波,包括保护子载波和直流(DC)子载波,不用于传输[4]。

  802.16e的目标是能够向下兼容802.16d,其物理层实现与802.16d基本一致,主要差别在于对OFDMA进行了扩展。802.16d中,仅规定了2 048点OFDMA。而802.16e中,可以支持2 048点、1 024点、512点和128点,以适应不同地理区域从20 MHz到1.25 MHz的信道带宽差异。本文的信道估计是针对802.16e标准进行研究的,其同样适用于802.16d。

  OFDMA系统中下行(DL)子信道分配方法包括DL-PUSC、DL-FUSC、下行可选完全使用子信道(DL-OFUSC)、支持自适应调制编码(AMC)子信道的可选子信道分配等,上行(UL)子信道分配方法包括UL-PUSC、上行可选部分使用子信道(UL-OPUSC)、支持AMC子信道的可选子信道分配[1]。本文重点介绍其中5种。

  首先将可用子载波(数据子载波和导频子载波)分成基本簇,一个子信道包含两个基本簇,一个基本簇包含两个时间符号,占用每个符号中的14个子载波,如图1所示。

  DL-PUSC是下行部分使用子信道,所有导频随着基本簇的划分被分成6个组,这6个组又分给不同的扇区,每个扇区调用其中的一个或多个组。DL-PUSC支持2根和4根发射天线,不同天线间的导频通过时域和频域区分,其变化周期为4个时间符号。

  DL-FUSC调用所有子信道,首先在可用子载波中指定导频子载波,然后将剩下的数据子载波分成子信道。导频子载波分为固定导频和可变导频,分别包含固定和可变的两个导频集。导频集中导频子载波数目和位置随子载波个数的不同而不同[1]。固定导频不随时间变化,可变导频根据奇符号和偶符号改变导频子载波,导频位置的计算如式(1)所示:

  这种分配方法调用所有的子信道,先分配导频载波,再将剩下的数据子载波分成子信道。导频子载波的分配方法是:每9个可用子载波为一组,分为若干子载波组,每组指定一个导频子载波,导频子载波的位置根据OFDMA符号的时间序号而改变。如果9个连续子载波的编号是0~8,则导频子载波的编号是3l+1,l=m mod3(m是OFDMA符号序号)。DL-OFUSC支持2根、3根或4根发射天线UL-PUSC

  和DL-PUSC 一样,首先将所有可用子载波分成“单元块”,每个单元块由3 个连续符号上的4 个连续子载波组成,导频子载波位于每个单元块的四角,如图2所示。子信道由6个不相邻单元块构成。UL-PUSC仅支持2根发射天线UL-OPUSC

  该方法中每个子信道包含6个单元块,每个单元块由3个连续符号上的3个连续子载波构成,导频子载波指定为第二个子载波上的第二个符号。UL-OPUSC仅支持2根发射天线五种导频模式分析比较

  DL-FUSC和DL-OFUSC属于下行导频模式,调用了所有的子信道,接收端可以得到全部导频信号;DL-PUSC属于下行使用子信道的导频模式,每个扇区调用其中的一个或多个组,接收端得到的导频多少和调用组的数目和型号有关;UL-PUSC和UL-OPUSC属于上行部分使用子信道的导频模式,一个用户分配其中的一个或多个子信道,接收端得到的导频多少与分配的子信道数目有关。

  目前的信道估计种类繁多,本文就3种典型的估计方法进行研究。仿线 GHz,信道模型采用6径的典型城市(TU)信道[5],循环前缀是64,发射接收天线卷积编码加交织,其他不同条件下的信道估计仍可参考这些仿线时域LS信道估计

  时域LS信道估计器实际是一个解相关器,接收信号通过和伪逆矩阵相乘分离出信道特性。算法假设接收端知道每个径的具体延时,但不知道确切增益。

  若一根发射天线的一个时间符号上有M个导频{a i(mk)}, k =0,1…M -1,i 表示第i 根发射天线,mk表示第k个导频所处的子载波,mk∈{0…N -1},N为子载波个数,那么接收到的导频信号,其矩阵形式如式(3)所示(为了简化,省略掉接收天线和时间序号):

  其中Y(k )、H(k )、p(k )和W(k )分别表示第k个子载波的接收信号、信道频率响应、导频信号和高斯白噪声。

  WiMAX系统中,定义了保护子载波,而且导频不是以2的n 次方等间隔插入,这样,公式(6)不能进一步化简,存在求逆计算,复杂度较高,目前的硬件条件难以实现。另外,此算法需要预先知道信道多径时延,这给信道估计也带来了一定不便。

  对于频域LS信道估计,只能得到离散点的信道状态信息,要得到全部子载波的响应,必须进行插值。目前,线性插值(Linear),三次样条插值(Spline)和最近点插值(Nearest)是3种常见的方法。Linear插值相当于把相邻的数据点用直线连接进行插值;Spline插值是利用已知数据求出样条函数后,按照此函数插值,其曲线最光滑,但当数据分布不均匀时,结果不理想;Nearest插值是根据已知两点间的插值点和这两点间的位置远近来插值,实现最简单,但插值最粗糙。

  (4) 上行PUSC:此模式下的插值是以块为单元,每根天线在块中每个时间符号上至多分配到一个导频载波,因此,只能采用Nearest插值。

  另外,比较常见的还有滤波器插值(如维纳插值),但由于复杂度较高,不予说明。图5是频域LS信道估计与插值的MSE性能比较图。

  本文仿真比较了WiMAX-MIMO-OFDMA系统中的信道估计,得出了每种导频模式下的最优信道估计:

  (1)下行PUSC:导频分配较多时,时域LS信道估计最优,否则采用频域LS估计和Nearest插值;

  [3]王文博,郑侃,等. 宽带无线通信OFDM技术[M]. 北京:人民邮电出版社,2003.

本文链接:http://apps-n-tabs.com/fanxiangxindao/647.html