MIMO-OFDM学习笔记

写在前面

截图键win + shift + s 雾
想写点东西督促自己学习MIMO OFDM 毕竟要保研进组了，也算是为了完成老师的要求
链接: 学长发的链接. 学长发的链接2.日后有空会更的

主要是基于下面这本书学习

首先是关于OFDM部分的可以了解这些：Ch1,CH4，CH5粗略浏览，CH6的6.1-6.3 ，6.4-6.5粗略

关于MIMO部分的：可以先看 CH2，CH3粗略浏览，CH9，CH11的11.1部分

老师的作业要求

根据《MIMO-OFDM》这本书上106页的 OFDM系统框图，进行代码编写工作。性能指标用BER（误码率）和NMSE（归一化均方误差）。

系统仿真的大致流程：

1 产生并调制基带信号

2 随机生成导频插入数据符号

一、从计算的角度理解与设计OFDM系统

设计OFDM系统关键是OFDM参数的选择，一般确定三个参数：带宽、比特率、保护间隔。 具体实例：根据下列参数设计OFDM系统： 1.比特率20Mbit/s；2.可容忍的时延扩展200ns；3.带宽<15MHz。

(一）参数计算

首先回答几个问题：

（1）为了对抗上述信道多径延时，不产生相邻OFDM符号间的干扰，循环前缀的长度至少需要多大？

（2）当用户的速度是60km/h时，信道的相干时间是多少？那么多少个OFDM符号信道可以认为是静态的？（注意：OFDM符号长度=CP+OFDM本身）。

（3）为了估计信道，一个OFDM符号需要的导频开销最少是多少？

（4）根据前面的系统参数要求，确定子载波数以及子载波间隔。

（二）思考题

（1）如何产生多径衰落信道？何为多径？何为衰落？

（2）后续信道估计需要用到导频，如何确定需要插入的导频个数？

（3）基于以上设置，如何产生整个的OFDM符号？

（4）信号卷积和信号乘积两种形式，加入的噪声如何保证一致？

（5）如何用NMSE评判估计的信道好坏？NMSE的下界如何得到？

（6）如何通过turbo编码改善BER？

二、从编程的角度理解与设计OFDM系统

（一）传统OFDM仿真

用MATLAB实现上述OFDM系统，模块包括信道估计、信号检测。其中信道估计采用梳状导频，信号采用QPSK或QAM符号。具体流程：

（1）发射端模块：产生一组随机的二进制比特（这一点之后为改善BER性能可以考虑Turbo编码），将其分组映射到QPSK或QAM符号，为了接收端可以获取信道估计，需要发射导频，导频开销和其在OFDM符号频域排列方式可参考梳状导频。

（2）信道生成模块：根据上述表产生8径信道（多径延时可以假设在系统采样的整数点上）

（3）发射信号经过多径信道进入接收端，接收端AWGN的SNR为0 5 10 15 20 25 30 dB,

（4）接收端根据导频估计信道，通过信道均衡QPSK/QAM，完成接收信号检测。

（5）画出信道估计NMSE在SNR从0~ 30dB的曲线。

（6）画出信号检测BER在从0~30dB的曲线。

要求：

（1） 信号通过信道有两种形式，一是信号和信道脉冲响应卷积；二是信号做FFT变换后和信道频率响应做乘积。验证时域卷积和频域乘积最后的结果是一致的。

（2） 分别采用LS线性插值、LS三次样条插值、LS-DFT插值以及LMMSE四种插值方式进行信道估计（LS-DFT插值的NMSE曲线应满足NMSEdB+SNRdB=0dB，可用于验证信道估计结果正确性），对比DFT去噪前后的NMSE性能。

（3） 添加turbo编码，观察其对BER性能的影响。

（4） 通过绘制接收端星座图验证四种OFDM符号的起始点引起的STO，并验证CASEⅡ的星座图可以通过信道估计完美恢复。

（5） 对信道四倍上采样并改变信道时延抽头位置使其随机分布在最大时延范围内，添加升余弦滤波器。接收端进行四倍下采样并进行信道估计，观察其NMSE曲线。

（二）用OMP算法进行信道估计仿真

思考如何将上述信道估计问题建模成稀疏信号恢复问题，并利用经典的压缩感知算法（如OMP等）进行求解，并分析不同导频位置（如均匀等间隔，随机间隔等）对信号恢复性能的影响。

（1）思考，压缩感知真的突破了香农耐奎斯特采样了吗？

（2）上述的CIR是否纯稀疏？如果实际CIR并未必在采样整数点，会导致泄露，这时候稀疏cir重构性能是否会恶化？怎么解决（利用冗余字典）；

（3）CS里面有一个MMV概念，你这个仿真是SMV么？无线CIR有时候在SISO系统下，相邻的CIR的tap近似相同，增益变化，这可以被利用MMV做联合重构，能进一步提高性能；

（4）目前是基于频域导频（观测矩阵是部分dft矩阵），还有一种基于时域训练序列的方法，观测矩阵是时域训练序列构成的拓普利兹矩阵，可以对比两者的区别。

chapter1 无线信道：传播与衰落

ememm这个图看不懂哎

大尺度衰落

一般路径损耗模型

1. 自由空间路径传播模型
   
   
   2.对数正态阴影衰落模型
   
   
   emmm大概就是在确定性的对数路径损耗模型上叠加了阴影产生的随机效应

okumura/hate 模型

IEEE 802.16d 模型

小尺度衰落

小尺度衰落指的是短期内的衰落，具体指的是当移动台移动一个较小距离，接收信号在短期内的快速波动

小尺度衰落常用的参数

相干带宽：

时间色散衰落与频率色散衰落

多径时延拓展和多普勒拓展分别引起时间色散和频率色散效应，对应分别引起频率选择性衰落和时间选择性衰落

时间色散引起频率选择性衰落信道

频率色散引起时间选择性衰落信道

衰落信道的统计特性与生成

衰落信道的统计特性

衰落信道的生成

chapter2 SISO信道

室内信道

2径模型与指数模型
2径模型有两条射线一条没时延一条有时延
指数模型
$$P(\tau )=\frac{1}{{\tau }_{\mathrm{d}}}{\mathrm{e}}^{-\tau /{\tau }_{\mathrm{d}}}$$

室外信道

chapter3 MIMO信道

MIMO统计信道模型

I-METRA MIMO 信道

SCM MIMO信道

chap4 OFDM概述

复习一下通信原理的ISI与单载波传输

单载波与多载波传输

OFDM传输方案

OFDM基本原理

正交

OFDM调制与解调

OFDM发射机将信息比特流映射成一个PSK或QAM的符号序列，之后将符号序列转换为N个并行符号流。N个并行被不同的子载波调制。

OFDM保护间隔

编码OFDM

OFDM的多址扩展

双工方式

chap 5 OFDM同步

STO

CFO

STO估计技术

CFO估计技术

采样时钟偏差的影响

采样时钟偏差的补偿

蜂窝系统的同步

chap 6 信道估计

导频、

基于训练符号的信号估计

基于DFT的信道估计

判决反馈信道估计

chap 7 PAPR减小

chap 8 小区间干扰抑制技术

chap 9 MIMO信道容量

chap 10 天线分集与空-时编码技术

chap 11 空间复用MIMO系统信号检测

chap 12 发射端利用信道状态

chap 13 多用户MIMO