協(xié)作空分復用CSM系統中的信道估計算法研究

通信技術(shù)協(xié)作空分復用CSM系統中的信道佔計算法研究夏山春,張捷(西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院,陜西西安710129)摘要】文章就當前MIMO應用過(guò)程中終端多天線(xiàn)受限制問(wèn)題,闡述了單天線(xiàn)終端協(xié)作與基站組成虛擬MIMO多天線(xiàn)陣列——基于 OFDMA的cSM協(xié)作空分復用系統結構。同時(shí),提出對 OFDMA系統中時(shí)頻二維的資源進(jìn)行分塊”獨立進(jìn)行信道估計,簡(jiǎn)化了 OFDMA系統信道估計模型的復雜度。然后從應用的角度對比分析了基于 OFDMA的cSM系統的信道估計算法LS和MMSE兩種算法性能與優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)在PB3信道模型中仿真,得出適用于慢變信道的平滑濾波后的LS信道估計算法【關(guān)鍵詞】協(xié)作空分復用;信道估計;最小平方估計;最小均方誤差估計【中圖分類(lèi)號】TN929.5【文獻標識碼】A【文章編號】1009-8054(2009)07-0067-03Channel Estimation Algorithms in Collaborative Spatial Multiplexing SystemXIA Shan-chun, ZHANG JieInformation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an Shaanxi 710129, China)[Abstract] Limited by its size and transmit power, mIMO application on the subscriber station(MS)has become verydifficult. This paper firs tells of a collaborative spatial multiplexing system(CSM)- Two single Tx antenna MSs per-antenna array-based on OFDMA. Then proposes a new channel estimation algorithm, which divides OFDMA timeequency 2-D resource into"blocks", each for a independent channel estimation, thus greatly reducing the complexity ofchannel estimation model. By Comparing the performances of LS and MMSE estimation algorithms in Pedestrian Chan-nel B model, an efficient smoothly filtered LS channel estimation method suitable for slow-varying channel is obtainedIKeywords] CSM(collaborative spatial multiplex); channel estimation; LS; MMSE很難安裝多天線(xiàn),主要有兩個(gè)原因:移動(dòng)終端對體積、質(zhì)0引言量和功耗的要求遠比基站苛刻得多;理想的MIMO多天線(xiàn)目前MIMo-OFDM技術(shù)憑借其高頻率利用率以及抗系統要求相鄰天線(xiàn)之間的間距要遠大于電波波長(cháng),并且多信道衰落特性,已經(jīng)成為下一代通信標準,如 wimax,個(gè)收發(fā)天線(xiàn)之間的傳輸信道是獨立的(或至少是不相關(guān)的),LTE、8021ln等的核心技術(shù),且取得了很多成功應用。但而移動(dòng)終端由于體積限制,無(wú)法做到這一點(diǎn)。為此,出現是,MIMO系統仍然存在一些難以克服的問(wèn)題,比如目前了由單天線(xiàn)用戶(hù)終端配對協(xié)作,與多天線(xiàn)BS組成虛擬的通信系統應用中,多天線(xiàn)大多設置在基站側,移動(dòng)終端MIMO多天線(xiàn)陣列的系統。上行協(xié)作SDMA空分復用技術(shù)cSM就是其中一種應用模式,上行協(xié)作SM將兩個(gè)單發(fā)射天線(xiàn)的終端調度在相同的時(shí)頻資源上,通過(guò)BS多天線(xiàn)接收收稿日期:2008-12-15來(lái)區分多用戶(hù)。CSM應用于上行,用來(lái)提升上行容量作者簡(jiǎn)介:夏山春.1982年生,男,茴族,西北工業(yè)大學(xué)電于信患學(xué)院通信與信患系魷06屆碩士研究生,聽(tīng)兗方向:無(wú)線(xiàn)通信信號處理;張捷,1964年生,男,漢族,安撒滁州人基于0FDMA的協(xié)作空分復用cSM系統結西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院副教授,研究方向;移動(dòng)通信、通構(見(jiàn)圖1)信信號處理等。設X()表示發(fā)射天線(xiàn)上第k個(gè)子載波數據,()表示接通信技術(shù)收天線(xiàn)/上第k個(gè)子載波頻域接收信號,W()為白噪聲,則存估計需要分別進(jìn)行。當 OFDMA與MIMO結合時(shí),BS接收X)=H(k)·Xk)+Wk)信號是多根終端發(fā)射信號的疊加,不同天線(xiàn)間存在干擾,信1幾燈11+0.,2…,)1()、道估計的準確圖度極大地影響著(zhù)系統的性能,在協(xié)作SM模式下,配對的用戶(hù)之間復用te資源時(shí),占用不同的導頻,如A八[s圖3所示,保持了導頻信道的正交性,便于BS對兩個(gè)協(xié)作用戶(hù)間的信道估計,因此,在頻域插入導頻時(shí)不需要考慮導頻H序列正交性要求,為了方便運算,應用時(shí)可直接采用插人常數導頻C·上行信道估計時(shí),以一個(gè)te為單位進(jìn)行信道估計,并且給tle里每個(gè)子載波進(jìn)行編號,如圖3所示。在上圖1cSM模式結構行資源調度中,我們假定導頻子載波功率與數據子載波在基于 OFDMA的物理層中,整個(gè)頻帶分割成許多子且為常數,考慮到CSM時(shí)每個(gè)用戶(hù)各占一半導頻資源,因此載波,頻城子載波與時(shí)域符號構成二維的資源結構,上行導頻子載波功率增加3dB資源調度時(shí),參考802.16e協(xié)議,將所有可用的子載波分Yp(k)合成“單位塊”,即由3個(gè)連續的符號上的4個(gè)連續子載波構成,稱(chēng)為一個(gè)“tie”,導頻子載波位于tile的四角,其他為FFT數據分配子載波。CSM時(shí),兩個(gè)終端用戶(hù)在數據子載波位信道估計信適告計臺響置以 matrix發(fā)射矩陣形式發(fā)送各自的數據,導頻位置各占一半,分配如圖2所示。FFT●⊙⊙|⊙⊙●圖3cSM倍道佔計結構⊙@④⊙數據子波21Ls信道估計根據LS信道估計算法,求出導頻位置的信道估計值⊙⊙●●⊙空子霾注H4-x+1·y導子成波r)「H2(D)H(功戶(hù)0圖2cSM的資源分配方式F)[Hx2()H2(與下行復用不同,下行復用時(shí),基站發(fā)射功率受限,需由式(3)推導得到:要將功率平均分給復用數據流,會(huì )引起單路數據流的SNR下n()-c0)降,而上行CSM時(shí),每個(gè)用戶(hù)發(fā)射功率不變,即BS接收的Ha()-cyo(4)SNR不變,將功率強用戶(hù)與功率弱用戶(hù)配對,強用戶(hù)復用帶同理,得到一個(gè)tle中導頻點(diǎn)的LS信道估計值:來(lái)的容量增益遠高于cSM引起的弱用戶(hù)吞吐率的下降本文仿真系統中選用N=1024個(gè)子載波,基帶采樣頻0-1率=11.2MHz,循環(huán)前綴CP=128點(diǎn),根據頻域采樣定理叫,不考慮保護頻帶開(kāi)銷(xiāo),兩終端用戶(hù)cSM時(shí)頻域導頻n1O1oTc1(Bn(0-c,/-12(6Ln(o01(=c70序列間隔D有對已知估計值進(jìn)行如下插值:N/D> T, >D