MIMO―OFDM中粒子滤波信道估计技术综述

【摘要】MIMO-OFDM系统是将MIMO技术与OFDM技术相结合，是无线通信领域的重大突破，其频谱利用率高、信号传输稳定、高传输速度特性能够满足下一代无线传输网的发展要求。MIMO-OFDM系统内组合了多输入和多输出天线和正交频分复用技术，这种系统通过空间服用技术可以提供更高的数据传输速率，又可以通过空时分集和正交频分复用的可靠性和频谱利用率。MIMO-OFDM系统的关键技术之一就是信道估计。

【关键词】创业训练；智能手机；维修与检测

一、引言

第四代移动通信要达到把数据速率从2Mb/s提高到100Mb/s，能提供高达150Mb/s的高质量影像服务的目标。4G移动通信主要目标之一是数据传输速率的提升，是通过各种技术降低时延，提高用户的数据传输速度，和增大系统容量等。在高速宽带无线通信系统中，多经效应、频率选择性衰落和带宽效率是信号传输过程中必须考虑的几个问题。MIMO系统是针对多径无线信道而产生的，在可以利用传播过程中产生的多径分量，多径效应对其影响不大。在无线信道下，如此高的传输速率，如何降低频率选择性衰落时需要解决的关键问题。高速调制技术中的多载波正交频分复用（OFDM）调制技术是很多学者专家关注的技术之一。

OFDM技术是一种无线信道下的高速传输技术，其主要思想是在频域内将给定的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个载波进行调制，各子载波并行传输，因此，可以获得高数据速率。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，由于子信道的频谱是可以相互交叠的，因此，频率利用率高。MIMO-OFDM系统是将MIMO技术与OFDM技术相结合，是无线通信领域的重大突破，其频谱利用率高、信号传输稳定、高传输速度特性能够满足下一代无线传输网的发展要求。

二、研究意义

4G移动通信将提供高达100Mb/s甚至更高的数据传输速率，支持从语音到多媒体业务。用户的数据传输速率还可以动态调整。在有限的频谱资源上实现如此高的数据传输速率和所需的系统容量，需要提高频谱利用率。

OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用技术）技术可以高效地利用频谱资源并且有效地对抗频率选择性衰落。MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出）利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发射功率的情况下，成倍的提高信道容量。MIMO和OFDM结合可以克服无线信道频率选择性衰落，增大系统容量，提高频谱利用率。

MIMO-OFDM系统的关键技术之一就是信道估计。粒子滤波是一种新型的滤波算法，正在受到越来越多的重视，由于它在处理非线性问题时，不需要线性化和高斯的假设，这使得它在实际中的应用具有极其广阔的前景。粒子滤波已经成为研究非线性、非高斯动态系统最优估计问题的一个热点和有效方法。因此，将粒子滤波技术应用到MIMO-OFDM系统中解决信道估计问题，对于无线通信领域发展具有十分重要的意义。

三、信道估计

信道估计是利用信号的确知信息来估计出实际的信道的径数和径的系数，目的是识别每副发送天线与接收天线之间的信道冲激响应。

目前信道估计有两类：

一类是基于训练序列或者导频的方法，此类方法在时变信道中，需要周期性的发送训练序列，训练序列的发送要占用信道容量，从而降低了信道利用率，它的好处是估计误差小，收敛速度快；

另一类是采用盲方法来进行信道辨别，分为全盲和半盲信道估计，全盲信道估计是利用信道的输出和输入的统计关系在无需知道导频序列的情况下估计信道参数，好处是传输效率高，不足是鲁棒性相对较差，收敛速度慢，而且运算量大。半盲是结合盲处理和少量导频信号或者训练序列，可以克服由码间干扰和不同信号源干扰引起的对盲处理限制。盲信道估计算法可以提高信道利用率，更适合于高速数字通信信道，但全盲算法运算量相对较大，而且收敛速度慢，目前难以实用化。而半盲算法是对盲算法和基于导频法的折衷处理，降低了运算复杂度。

非盲信道估计算法需要频繁地发送训练序列，估计误差小，算法复杂度低，但是训练序列占用了信道带宽，致使系统频谱利用率低。

如果信道变化快，就需要频繁的发送训练序列，更不能有效提高频谱利用率。盲信道估计算法不需要发送训练序列，利用信号的固有特征来进行信号检测，可以充分利用信道的频谱资源。利用粒子滤波技术对非线性系统和非高斯噪声环境具有高度的适应性、滤波算法简单以及不受估计参数维数困扰等优点。研究MIMO-OFDM系统中应用粒子滤波算法实现信道的盲估计。

四、总结

在有限的频谱资源上实现高数据传输速率和系统容量，提高频谱利用率。MIMO-OFDM系统中，信道估计技术的研究可以克服无线信道频率选择性衰落，增大系统容量，提高频谱利用率。

MIMO-OFDM系统内组合了多输入和多输出天线和正交频分复用技术。这种系统通过空间服用技术可以提供更高的数据传输速率，又可以通过空时分集和正交频分复用的可靠性和频谱利用率。MIMO-OFDM系统的关键技术之一就是信道估计。粒子滤波是一种新型的滤波算法，正在受到越来越多的重视，由于它在处理非线性问题时，不需要线性化和高斯的假设，这使得它在实际中的应用具有极其广阔的前景。

参考文献

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基金项目：广西教育厅科研项目MIMO-OFDM中粒子滤波信道估计技术的研究（201106LX646）；贺州学院科研项目：MIMO-OFDM中粒子滤波信道估计技术的研究（2011ZRKY05）。

作者简介：张红燕（1978―），女，副教授，研究方向：电子通信系统设计和粒子滤波技术在移动通信中的应用等。