[发明专利]一种基于MIMO-OFDM相关信道的去耦合预测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种利用信道空间，频率和时间的相关性进行

MIMO-OFDM的信道预测方法。

背景技术

正交频分复用（OFDM）是高速数据接入技术的一种常用的调制方法，比如地面数字视频广播(DVB-T) [1]和超三代（B3G）无线通信系统[2] 。现在很多高性能OFDM传输方案，比如自适应多用户资源分配[3]和预编码[4]，要求发送端知道当前信道状态信息（CSI）。在频分复用系统中（FDD），CSI 只能通过接收端信道估计然后反馈给发送端。然而在高速移动环境中，信道变化很快，发送端通过信道反馈得到的CSI由于反馈延时的原因而过时，这将给系统带来很大的性能损失[5]。一种有效的克服信道时延的方法是信道预测。

在OFDM系统中，已有文献指出利用频率间的相关特性可以有效的改善信道预测性能[7]。在单输入单输出（SISO）系统中，考虑频率和时间相关性的两维信道预测算法已有研究[5][6]。为了进一步提高通信传输速率而不增加信号带宽，多输入多输出（MIMO）被引进通信系统。在MIMO系统中，如果天线之间没有相关性，信道预测时可以直接用SISO的信道预测方法，而没有必要考虑其它天线的信号。然而当天线之间具有相关性时，考虑空间相关性改善信道预测的性能是有必要的[7]。综上所述，同时利用空间和频率相关特性可以对预测性能有较大的改善。然而，虽然已有文章对仅仅利用空时相关和时频相关性的信道预测算法已有研究，但是没有文献对同时考虑空间，时间和频率相关性的信道预测算法进行研究。文献[5]中提出了一种考虑时间和频率相关性的信道预测算法，但是它只考虑了SISO的场景。文献[8]提出了一种利用空间和时间相关性的信道预测算法，它只考虑了单载波的场景，忽略了频率相关性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种新的考虑空间，频率和时间相关性的MIMO-OFDM的信道预测方法，该方法利用信道间，频率间相关性提供的信息，使其在无线时变环境下保持鲁棒性强，精度高，计算复杂度比较低等特点。本发明首先分析了信道相关函数可以去耦合写成仅和时间、频率、空间有关的相关函数之积。基于相关函数去耦合的性质，本发明提出了一种有效利用空间、频率、时间相关特性并且保持低复杂度的信道预测算法。

本发明提出的预测算法分三步，每步经过一个一维信道滤波器，分别考虑时间、频率和空间。第一步的滤波器只考虑时间相关性，第二步的滤波器考虑频率相关特性，第三部考虑空间相关特性。

本发明方法在降低计算复杂度的同时有效的提高了预测性能。下面对本方法进行介绍。

首先介绍OFDM系统和信道预测模型。考虑一个MIMO-OFDM系统，发送端M根天线，接收端N根天线，K 个子载波[12]。在发送端, 第m根发送天线，第i个发送符号，第k个子载波的发送符号                                                通过离散傅立叶逆变换（IFFT）变到时域。然后添上循环前缀(CP) 。在接收端，移除CP，再通过傅立叶变换（FFT）变换到频域上。假设接收端理想同步，第n根天线的接收符号Yn(i,k)可以表示成：  

     ,                                          (1)

其中，1≤m≤M，1≤n≤N，1≤k≤K，是第i个发送符号，第k个子载波，天线对(m,n)的频域信道系数。是干扰加上背景噪声，它可以近似为一个高斯白噪声(AWGN)，其方差为。

无线信道可以表示为： 

      ,                                           (2)

其中是 (m, n)天线对径的条数,  是克罗内克函数, 和 分别是时间t，第l条径，天线对（m,n)的时延和时域信道系数。对于符号时间，频率间隔的频域信道系数可以表示成离散的形式：

          .                                              (3)

同样的，时域系数可以表示为：

           .                                               (4)

随机瑞利信道模型满足广义平稳性质(WSSUS) [12], 也就是说,