协作空分复用CSM系统中的信道估计算法研究

通信技术协作空分复用CSM系统中的信道佔计算法研究夏山春,张捷(西北工业大学电子信息学院,陕西西安710129)摘要】文章就当前MIMO应用过程中终端多天线受限制问题,阐述了单天线终端协作与基站组成虚拟MIMO多天线阵列——基于 OFDMA的cSM协作空分复用系统结构。同时,提出对 OFDMA系统中时频二维的资源进行分块”独立进行信道估计,简化了 OFDMA系统信道估计模型的复杂度。然后从应用的角度对比分析了基于 OFDMA的cSM系统的信道估计算法LS和MMSE两种算法性能与优缺点。通过在PB3信道模型中仿真,得出适用于慢变信道的平滑滤波后的LS信道估计算法【关键词】协作空分复用;信道估计;最小平方估计;最小均方误差估计【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】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很难安装多天线,主要有两个原因:移动终端对体积、质0引言量和功耗的要求远比基站苛刻得多;理想的MIMO多天线目前MIMo-OFDM技术凭借其高频率利用率以及抗系统要求相邻天线之间的间距要远大于电波波长,并且多信道衰落特性,已经成为下一代通信标准,如 wimax,个收发天线之间的传输信道是独立的(或至少是不相关的),LTE、8021ln等的核心技术,且取得了很多成功应用。但而移动终端由于体积限制,无法做到这一点。为此,出现是,MIMO系统仍然存在一些难以克服的问题,比如目前了由单天线用户终端配对协作,与多天线BS组成虚拟的通信系统应用中,多天线大多设置在基站侧,移动终端MIMO多天线阵列的系统。上行协作SDMA空分复用技术cSM就是其中一种应用模式,上行协作SM将两个单发射天线的终端调度在相同的时频资源上,通过BS多天线接收收稿日期:2008-12-15来区分多用户。CSM应用于上行,用来提升上行容量作者简介:夏山春.1982年生,男,茴族,西北工业大学电于信患学院通信与信患系魷06届硕士研究生,听兖方向:无线通信信号处理;张捷,1964年生,男,汉族,安撒滁州人基于0FDMA的协作空分复用cSM系统结西北工业大学电子信息学院副教授,研究方向;移动通信、通构(见图1)信信号处理等。设X()表示发射天线上第k个子载波数据,()表示接通信技术收天线/上第k个子载波频域接收信号,W()为白噪声,则存估计需要分别进行。当 OFDMA与MIMO结合时,BS接收X)=H(k)·Xk)+Wk)信号是多根终端发射信号的叠加,不同天线间存在干扰,信1几灯11+0.,2…,)1()、道估计的准确图度极大地影响着系统的性能,在协作SM模式下,配对的用户之间复用te资源时,占用不同的导频,如A八[s图3所示,保持了导频信道的正交性,便于BS对两个协作用户间的信道估计,因此,在频域插入导频时不需要考虑导频H序列正交性要求,为了方便运算,应用时可直接采用插人常数导频C·上行信道估计时,以一个te为单位进行信道估计,并且给tle里每个子载波进行编号,如图3所示。在上图1cSM模式结构行资源调度中,我们假定导频子载波功率与数据子载波在基于 OFDMA的物理层中,整个频带分割成许多子且为常数,考虑到CSM时每个用户各占一半导频资源,因此载波,频城子载波与时域符号构成二维的资源结构,上行导频子载波功率增加3dB资源调度时,参考802.16e协议,将所有可用的子载波分Yp(k)合成“单位块”,即由3个连续的符号上的4个连续子载波构成,称为一个“tie”,导频子载波位于tile的四角,其他为FFT数据分配子载波。CSM时,两个终端用户在数据子载波位信道估计信适告计台响置以 matrix发射矩阵形式发送各自的数据,导频位置各占一半,分配如图2所示。FFT●⊙⊙|⊙⊙●图3cSM倍道佔计结构⊙@④⊙数据子波21Ls信道估计根据LS信道估计算法,求出导频位置的信道估计值⊙⊙●●⊙空子霾注H4-x+1·y导子成波r)「H2(D)H(功户0图2cSM的资源分配方式F)[Hx2()H2(与下行复用不同,下行复用时,基站发射功率受限,需由式(3)推导得到:要将功率平均分给复用数据流,会引起单路数据流的SNR下n()-c0)降,而上行CSM时,每个用户发射功率不变,即BS接收的Ha()-cyo(4)SNR不变,将功率强用户与功率弱用户配对,强用户复用带同理,得到一个tle中导频点的LS信道估计值:来的容量增益远高于cSM引起的弱用户吞吐率的下降本文仿真系统中选用N=1024个子载波,基带采样频0-1率=11.2MHz,循环前缀CP=128点,根据频域采样定理叫,不考虑保护频带开销,两终端用户cSM时频域导频n1O1oTc1(Bn(0-c,/-12(6Ln(o01(=c70序列间隔D有对已知估计值进行如下插值:N/D> T, >D