多輸出入正交分頻多工通訊系統通道估測方法之研究A Study on Channel Estimation Method for

MIMO-OFDM Communication Systems

研究生：黃志堯M9202218

指導教授：邱炳樟博士

引用第四章及第五章

OFDM System

OFDM System 能有效對抗多重路徑通道所產生的頻率選擇衰減，假如通道延遲情況小於防護區間， ISI 能夠完全消除，並能在低複雜的接收狀況下高速通訊。

MIMO-OFDM System

• 利用兩種技術的優點，在較佳的系統下達到很高的 Data Rates ，特別適合 High-Data-Rate 之應用。

T x R MIMO-OFDM System

• 所有的 MIMO-OFDM Receiver 必須執行 Time Synchronization ， Frequency Offset Estimation, and Correction 及 Parameter Estimation 等工作

MIMO-OFDM System 的通道估測技術

OFDM 通道估測• OFDM 主要估測分為時域、頻域估測

• 時域上： 利用接收端未經過傅立葉轉換前的訊號來估測

• 頻域上： 利用接收端傅立葉轉換後的訊號來做估測

由於頻域估測技術對 OFDM 多工系統比較簡單，比較簡單，所以 OFDM 系統都是採用頻域估測與償

通道估測的重要性• 精確估計通道的參數以提供後續的 Equaliz

er 來消除通道的影響，再進行後續的 Data Detection

Least Square (LS) Estimator for MIMO-OFDM Systems

• 假設 OFDM 訊號所加入的防護區間比接收及發射所傳輸路徑的傳輸延遲更長

發射端為 NT ，接收端為 NR 。 令接收端經過 FFT 後解調符號為 :Yq[n,i]

Hp,q [n,i] : 為 p 個發射天線與 q 個接收天線中間的頻率響應

Xp[n,i]: 為 P 個發射天線的發射符號

WP[n,i]: 接收天線接收到的附加雜訊

[1]

Yq[n],n=0,1,2, ….,N-1 N 為子載波的數目對於 q- th Receive Antenna 之Demodulated Symbol Vector 和 Additive Noise Vector 分別為

對所有發射天線到 q-th 接收天線的通道頻率響應為 (NT

XN)X1 向量

• 其中 為 p- th Transmit Antenna 與 q- th

Receive Antenna 之間通道的頻率響應

[2] [3]

[4]

Transmitted Symbols 可組合成 : NX(NT X N) 的矩陣

其中 diag{xp} 為對稱矩陣。

解調符號矩陣可以表示為 : Yq=XHq+Wq

時域頻道響應 與頻域的通道響應 Hp,q 關係為 :

FL 包含 NXN Unitary FFT Matrix F 最開始 L Columns 的矩陣

[5]

[6]

[7]

[8]

利用 [7] 解調符號矩陣可以表示為

其中

所以估測出來的通道脈衝響應矩陣可以表示為 :

必須存在 LS Estimator 才可以運作假如 為 Singular 或是趨近於 Singular ，則 LS Solution 不存

在

[9]

[10][11]

[12]

提議最小平方通道估測• 圖為簡易的 MIMO-OFDM 接收端系統

Proposed Channel Estimator

優點 : • 1 、傳送的 TS 於時域上的振幅因數等於 1

• 2 、 ISI 引起的失真對通道估測沒有影響

• 3 、對 LS Estimation 來說， 可能成為單數的情況不再

電腦模擬• 模擬參數 :

Mean Square Error (MSE)

• 分別比較 QPSK 、 16-QAM 、 64-QAM 三種調變方式• Guard Interval (GI) = 0• 使用傳統 Least Square (LS) Estimator 及 Proposed LS Estimator 之 MSE

16-QAM 、 64-QAM

Symbol Error Rate (SER)• 利用 QPSK 、 16-QAM 、 64-QAM 、 256-QAM 調變• 使用傳統 LS Estimator 及 Proposed LS Est imator 於 GI = 0 • 傳統 LS Estimator 於 GI = 10 ，所產生的 SER 的比較

16-QAM 、 64-QAM

• 使用傳統 LS Estimator 分別於 GI = 0 、 10 • 使用 QPSK ， 16-QAM ， 64-QAM 及 256-QAM 調變

• 比較使用 Proposed LS Estimator 於 GI=0 時，• 使用 QPSK ， 16-QAM ， 64-QAM 及 256-QAM 調變