信道估计(一):信道估计基础知识

零.概述

本专栏主要是学习文章《Channel Estimation and Prediction
for 5G Applications》而做的一些笔记,里面补充了一些我不知道的基础知识,希望能帮到大家

后续会详细学习其中的卡尔曼滤波数学模型。

一.信道的基础知识

1. 分集和波束赋形的不同效果

老生常谈了,可以看我之前MIMO信道容量的文章

CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波

2. 广义的LOS和NLOS信道的定义

CNN信道估计 信道估计分类_CNN信道估计_02

3. 小幅度衰落

形象的图

CNN信道估计 信道估计分类_CNN信道估计_03

CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_04

4.CSI中包含了什么

任何能代表信道的东西

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_05

5. 调度–scheduling

时频资源的分配

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_06

6. MIMO的妙用

包括上行接受分集,下行波束赋形,增加吞吐量的MIMO,多用户的预编码

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_07

7.OFDM系统的信道

如果是平坦的,那么就可以简化

如果是频率选择性的,那么应该每个子信道都要设计

CNN信道估计 信道估计分类_卡尔曼滤波_08

8.CQI中有什么

信噪比和阈值的关系

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_09

9 上行与下行

上行少于下行

CNN信道估计 信道估计分类_CNN信道估计_10

10.FDD和TDD

FDD要分别预测上下行信道,但由于信道独立,不会漏消息

TDD可以利用互易性,但频繁切换会漏消息,但也可以更灵活的分配资源

CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_11

二.信道估计模型

这本身只是一小章节,但我觉得非常重要,单独拿出来说

1.最基本的思路

知二求其三,利用发送接受都已知的导频,实现对信道的估计

CNN信道估计 信道估计分类_ofdma_12

2. 真实的估计模型

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_13

该模型非常值得仔细学习

首先注意形式,导频在前信道在后。导频使用了K个资源,因此得到的接受信号和噪声都是一个长度为K的列向量,而信道是一个天线数*K的列向量,导频的大小是CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_14,因为占用两个资源。

信道预测要做的,就是用导频预测得到的信道,用于之后一段时间的信息接收

3.有哪些信息是可以使用的?

CNN信道估计 信道估计分类_CNN信道估计_15

一二阶的统计信息,还有以前的信道

三.导频设计

这本身并不是单独的一部分,不过我觉得涉及分类,所以单独拿出来说

1.资源正交导频

CNN信道估计 信道估计分类_ofdma_16

可以看到信道的模型CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_17表示的是第j根天线上的第i个资源,也就是说1,3和2,4列的导频是不可以同时不为0的,因为不可以同时发送。

2.码正交导频

CNN信道估计 信道估计分类_ofdma_18

3. 非正交导频

CNN信道估计 信道估计分类_卡尔曼滤波_19

这里我没有理解码正交和非正交有何区别?是否是指[p1,p2]和[p3,p4]是正交的呢?希望指点

四. 线性估计方法

1.什么是线性估计

CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_20

就是用CNN信道估计 信道估计分类_卡尔曼滤波_21个时间的线性规划CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_22的信道,主要就是这个矩阵,这个权重矩阵

他的目标是最小化均方误差,这就是维纳滤波器

CNN信道估计 信道估计分类_CNN信道估计_23

维纳滤波器的计算量极大,为此简化的就是卡尔曼滤波器

具体有什么区别?后续继续学习吧

2. 滤波器,预测器和平滑器

根据上面m的正负,具体的预测器被分为了滤波器,预测器和平滑器,滤波器就是计算当前的,平滑器计算过去的,预测器计算将来的

滤波器

什么场景使用滤波器呢?书中给出的例子是4G中行走的行人,信道变化不大,即使是小尺度衰落也不影响

CNN信道估计 信道估计分类_ofdma_24

预测器

什么情况下要用预测器呢?当存在CoMP的时候,回程链路大大的影响了CSI的实时性,这就需要预测了,同时指出,信道可以通过多普勒频谱或者是自相关函数来表示,这影响了预测的准确性

CNN信道估计 信道估计分类_网络协议_25

平滑器

什么使用要用到平滑器呢?一种是不急着预测,一种是预测天线,其中第一种我不是很明白,这里看一下预测天线,他的思路是用一个预测天线线性接受导频,然后预测过去的信道,当主天线到达预测天线刚才位置的时候,就可用平滑器代替预测器的效果

CNN信道估计 信道估计分类_维纳滤波_26

3. 信道预测视界

能预测多久之后的信道呢,首先来看一下评判标准

CNN信道估计 信道估计分类_卡尔曼滤波_27

这个L秒计算出的波长要小于一个值

而结论是线性预测的是无法超过波长的十分之几的。

总结

这章主要学习了信道估计的基本概念,可能写的比较自我,不容易学习,但如果有人了解我其中的疑问,还望解答,谢谢