基于Simulink的WiMAX-MIMO-OFDM物理層性能仿真

摘要：為了估計WiMAX-MIMO-OFDM系統的信道特性，使用Simulink工具搭建了一個(gè)基于IEEE 802．16e的WiMAX物理層模型，改進(jìn)了一種針對快速時(shí)變信道的估計算法，研究和對比了在接收端不同移動(dòng)速度情況下，線(xiàn)性插值、高斯插值和三次樣條插值在原算法和改進(jìn)算法下的系統誤碼率性能。仿真結果表明，在高速運動(dòng)情況下，提出的改進(jìn)算法能有效提高系統性能，三次樣條插值的性能最好，但運算復雜度較高。
關(guān)鍵詞：WiMAX-MIMO-OFDM；信道估計：插值；導頻

0 引言
全球微波互聯(lián)接入技術(shù)(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)是基于IEEE 802．16標準的一項新興無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標準。IEEE 802．16標準主要包括固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準IEEE 802．16d和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準IEEE 802．16e。IEEE 802．16e的目標是能夠向下兼容IEEE 802．16d，其物理層實(shí)現與IEEE 802．16d基本一致，主要差別在于對OFDMA進(jìn)行了擴展。IEEE 802．16d中，僅規定了2 048點(diǎn)OFDMA；而IEEE 802．16e中，可以支持128點(diǎn)、512點(diǎn)、1 024點(diǎn)和2 048點(diǎn)，以適應不同地理區域及從1．25～20 MHz的信道帶寬差異。其中，IEEE 802．16e憑借其對移動(dòng)性的支持，高速數據業(yè)務(wù)的提供和較低的成本，被業(yè)界視為能與3G相抗衡的下一代無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)。
OFDM技術(shù)以其相對簡(jiǎn)單的均衡機制和抗多徑衰落的特性，在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域被廣泛使用。多入多出(MIMO)技術(shù)通過(guò)提高頻譜效率實(shí)現了更高數據傳輸速率的承諾，在多徑豐富的環(huán)境下運行時(shí)，MIMO具有增強信號魯棒性和提高容量的潛力。當OFDM系統結合MIMO技術(shù)時(shí)，接收信號是多根發(fā)射天線(xiàn)的信號疊加，不同天線(xiàn)之間的信號存在干擾，信道估計的準確程度極大地影響著(zhù)系統性能。由于WiMAX系統的延遲擴散在微秒以上，如何在高速率傳輸數據的同時(shí)保證快速衰落信道的誤碼率就成為一個(gè)具有挑戰性的課題。
本文使用Simulink工具搭建了基于IEEE 802．16e的WiMAX-MIMO-OFDM物理層仿真模型，并改進(jìn)了一種針對快速衰落信道的信道估計算法，重點(diǎn)比較了在接收端不同移動(dòng)速度的情況下，線(xiàn)性插值、高斯插值和三次樣條插值在原算法和改進(jìn)算法情況下的性能差異，最后給出相應的仿真結果及結論。

1 WiMAX-MIMO-OFDM系統模型
1．1 導頻插入形式
由于IEEE 802．16e標準的復雜性及其采用了無(wú)線(xiàn)空中接口和MAC協(xié)議，使得WiMAX系統的仿真具有一定難度。最主要的難點(diǎn)是將兩個(gè)單獨的仿真方法結合起來(lái)：信號仿真和協(xié)議仿真。前者用于物理層，用來(lái)評估空中接口的性能；后者用于評估上層協(xié)議的性能。
WiMAX系統中典型的導頻插入形式有塊狀導頻和梳狀導頻，它們分別對應慢衰落和快衰落的信道情況。塊狀導頻結構的信道估計，適用于慢衰落無(wú)線(xiàn)信道?；趬K狀導頻結構的信道估計是指在發(fā)送信號中每隔一定的時(shí)間插入導頻信號，且導頻信號占用所有的子載波，收方通過(guò)對導頻信號的處理進(jìn)行信道估計。本文的仿真系統采用梳狀導頻結構。
1．2 發(fā)送端與接收端Simulink模型
WiMAX標準針對不同的碼率提供了專(zhuān)門(mén)的物理層數據向量實(shí)例和調制模式。本文所搭建的仿真系統發(fā)送端和接收端Simulink模型如圖1，圖2所示。