多輸入多輸出MIMO（Multiple-input Multiple-Output）和正交頻分復用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術相結合，能克服無線傳輸?shù)念l率選擇性衰減問題，并提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。而在分集接收、相關檢測、解碼等信號處理中需要知道信道的特性，因此，在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信道估計器是至關重要的。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，信道估計器的技術應用研究主要集中在基于導頻的方法上[1]。在基于導頻的方法中，已知的導頻符號可以在一些特定的子載波上或時隙上傳輸。在接收端，根據(jù)接收的導頻點信號可以估計出導頻點對應的頻率或是時間上信道的特性，從而重建整個信道的特性。等間隔的導頻間隔設計是性能最穩(wěn)定的方案，且在信噪比較大和信道相關矩陣滿秩的情況下，此設計方案是最優(yōu)的[2]。參考文獻[3]研究在時變衰落信道中，如何設計導頻間隔，以保證低于一定的平均誤碼率，參考文獻[4]研究在保證傳輸中時間間隙最大條件下，最佳導頻數(shù)據(jù)的長度和間隔。參考文獻[5]研究使未編碼傳輸系統(tǒng)最大誤碼率最小時，所對應的導頻點個數(shù)。這些研究的條件都是小多普勒頻移和大信噪比。針對此問題，本文主要研究信道的相干帶寬、多普勒頻移和信噪比為不同值時，對最優(yōu)導頻間隔設計的影響，以確定在滿足誤碼率小于一定值的情況下最大的導頻間隔，以提高系統(tǒng)的容量。

1 系統(tǒng)描述
     圖1描述了有Nt個發(fā)送天線和Nr個接收天線的MIMO-OFDM系統(tǒng)模型[6]。在發(fā)送端，對二進制數(shù)據(jù)進行一定的調制，比如QPSK、16QAM、64QAM等。對調制后的數(shù)據(jù)再進行串并轉換，組成K維向量。系統(tǒng)子載波總數(shù)假設是N,則有N-K個導頻子載波被插入到調制之后的數(shù)據(jù)中，組成長度為N 的頻域數(shù)據(jù)Xi，其中 i為發(fā)送天線標號。將Xi進行逆傅里葉變換,變換成時域的信號xi(n)，再插入循環(huán)前綴構成向量xgi(n)。通過并串變換，xgi(n)從第i個發(fā)送天線傳輸?shù)綗o線信道中。

    每對發(fā)送和接收天線之間的信道建模為離散信道，

　
4.1 不同相干帶寬的信道的最優(yōu)導頻間隔設計
    圖4~圖6比較了PA、PB、VA 三種信道中LI、SOI、SCI 三種信道估計器不同的導頻間隔對應的誤碼率性能。該性能的比較是在信噪比為15 dB、多普勒頻移為100 Hz條件下的進行的。隨著導頻間隔的增加，誤碼率是增加的。根據(jù)公式(4）可計算出PA信道中導頻間隔的最大值為75，PB的為8，VA的為1。但從圖5可看出PB信道下，信道估計器要有效果，即誤碼率低于沒有估計器的誤碼率所需的最大導頻間隔為15，圖6說明VA信道下所需的導頻間隔是7，比計算出的理想值要大。這是因為信道估計器引入了頻率上的相關性，從而使需要的導頻數(shù)變小，導頻間隔增大。而且要達到相同誤碼率性能，VA信道下的估計器比PA、PB信道下需要更小的導頻間隔。所以相干帶寬越大的信道，達到一定誤碼率的導頻間隔就越大。

4.2  不同多普勒頻移下的導頻間隔的設計

    圖7說明VA信道下三種信道估計器對應多普勒頻移不同時的誤碼率性能。此實驗是在信噪比為15 dB，導頻間隔為7條件下進行的。從結果可看到對于所有的估計器，不同的多普勒頻移下誤碼率是不變的。因此，說明最優(yōu)導頻間隔的選擇與多普勒頻移無關。同時也說明，對于高速運動中的通信，導頻子載波的分布方式是最好的選擇。而且，這一結論也適用于其他具有不同相干特性的信道。

4.3 不同信噪比時導頻間隔的設計
    圖8~圖10比較了在高信噪比和低信噪比下，不同導頻間隔對應的誤碼率。圖10說明,在高信噪比下，隨著導頻間隔的增加，誤碼率基本是線性增加的。但圖8~圖10說明,在信噪比低的情況下，誤碼率并不是隨著導頻間隔增加而單調上升的，因此最優(yōu)導頻間隔并不是最小間隔。這是因為噪聲惡化了估計器性能。在插值估計算法中，噪聲被平均到導頻間隔對應的子載波上，因此隨著導頻間隔的增加，噪聲的惡化影響越小。但是之前分析，隨著導頻間隔的增加，數(shù)據(jù)的相關度越小，估計性能越差，因此二者折中后，必存在一非最小值的最優(yōu)導頻間隔。

    本文研究了基于導頻子載波的MIMO-OFDM系統(tǒng)的最優(yōu)導頻間隔的設計問題。對于LI、 SOI、 SCI三種插值信道估計器，研究信道相干帶寬、多普勒頻移、信噪比對于最佳導頻間隔設計的影響。信道相干帶寬越大，達到相同誤碼率性能所需的導頻間隔就越大，因此在一定誤碼率性能的約束下，選取最大的導頻間隔可以提高系統(tǒng)的容量。多普勒頻移對子載波導頻方案的導頻間隔選取是沒有影響的，因此在快速運動通信中，子載波導頻方案是一個不錯的選擇。研究發(fā)現(xiàn)，在信噪比低的時候，最優(yōu)導頻間隔并不是最小導頻間隔，因此存在使得誤碼率最低的最優(yōu)導頻間隔，其值不為最小值，從而在系統(tǒng)容量和誤碼率權衡下有一相對最佳的導頻間隔。
參考文獻
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