信道估计(channel estimation)图解——从SISO到MIMO原理介绍 (2)

发射信号,接收信号和信道矩阵之间的关系可以用数学形式建模,如下所示。

在此等式中,我们知道值x1,x2(已知的发射信号)和y1,y2(检测/接收的信号)。我们不知道的部分是H矩阵和噪声(n1,n2)。

为简单起见,我们假设该信道中没有噪声,这意味着我们可以将n1,n2设置为0。(当然,在实际信道中总会存在噪声,估计噪声是信道估计中非常重要的一部分,但是我们在此示例中假设没有噪音,只是为了使其简单。稍后,当我有更好的知识以通俗的语言描述案件时,我将在案件中添加噪音)。

由于我们具有数学模型,因此下一步是传输已知信号(参考信号)并从参考信号中找出信道参数。

假设我们仅通过一个天线发送了幅度为1的已知信号,而另一个天线现在处于关闭状态。由于信号通过空气传播,并且接收方的两个天线都会检测到该信号。现在,假设第一个天线接收幅度为0.8的参考信号,第二个天线接收幅度为0.2的参考信号。有了这个结果,我们可以得出如下所示的一行信道矩阵(H)。

信道估计(channel estimation)图解——从SISO到MIMO原理介绍

假设我们仅通过另一个(第二个)天线发送了幅度为1的已知信号,并且第一个天线现在处于关闭状态。由于信号通过空气传播,并且接收方的两个天线都会检测到该信号。现在,假设第一个天线接收到幅度为0.3的参考信号,第二个天线接收到幅度为0.7的参考信号。有了这个结果,我们可以得出如下所示的一行信道矩阵(H)。

信道估计(channel estimation)图解——从SISO到MIMO原理介绍

够简单吗?我认为理解这个基本概念没有任何问题。但是,如果完全按照上述方法使用此方法,则可能会导致效率低下。根据上面解释的概念,应该有一个时刻,仅发送参考信号而没有实际数据,只是为了估计信道信息,这意味着由于信道估计过程,数据速率将降低。为了消除这种效率低下的问题,实际的通信系统会同时发送参考信号和数据。

现在的问题是“如何在同时传输参考信号和数据的同时实现上述概念?”。可以有几种不同的方法来执行此操作,并且不同的通信系统将使用一些不同的方法。

以LTE为例,我们使用如下所示的方法。在LTE中为2 x 2 MIMO的情况下,每个子帧具有用于每个天线的参考信号的不同位置。天线0的子帧发送了分配给天线0的参考信号,不发送分配给天线1的参考信号的信号。天线1的子帧发送了分配给天线1的参考信号的信号,不发送给参考天线的任何信号。为天线0分配的信号。因此,如果在两个接收器天线上解码为天线0的参考信号分配的资源元素,则可以估计h11,h12。(在这里,为了简单起见,我们还假设没有噪音)。如果在两个接收器天线上解码分配给天线1参考信号的资源元素,则可以估计h21,h22。

信道估计(channel estimation)图解——从SISO到MIMO原理介绍

4.1 信道系数的估计

上面说明的过程是针对LTE OFDMA符号中的频域中的一个特定点测量 \(H\) 矩阵。如果您在对符号的其他部分进行解码的过程中照原样应用测量的H值,则解码的符号的准确性可能不尽人意,因为上一步中使用的测量数据会包含一定程度的噪声。因此,在实际应用中,对通过上述方法测得的 \(H\) 值进行某种后处理,在此后处理过程中,我们可以找出噪声的总体统计属性(例如,噪声的均值,方差和统计分布))。要记住的一件事是,在此过程中获得的特定噪声值本身并没有太多意义。从参考信号获得的特定值将与用于解码其他数据的噪声值(非参考信号)不同,因为噪声值是随机变化的。然而,那些随机噪声的总体特性可以是重要的信息(例如,在SNR估计等中使用)。

在继续之前,让我们再次简单地考虑一下数学模型。即使我们将系统方程式描述如下,其中包括噪声项,但这并不意味着您可以直接测量噪声。是不可能的。该方程式仅表明检测到的信号(y)包含噪声分量的某些部分。

因此,当我们测量信道系数时,我们使用了没有噪声项的设备,如下所示。

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