本文涉及目前正广泛应用的无线通信系统。为了能够在相干传输信道中完整地检测到被传输的数据符号,需要对信道估计进行处理。目前存在多种信道估计的方法,如盲信道估计、半盲信道估计以及导频辅助信道估计。由于导频辅助信道估计有着低复杂度高增益的优点,故其在现代通信系统中得到了广泛的应用。然而,导频辅助信道估计要求从接收机插入已知的参考符号,即所谓的不能用于数据传输的导频符号。而这种方式,导频辅助信道估计需要占用总可用资源中传输带宽的一部分,这导致了频谱利用率的降低。此外,这些导频符号消耗可用传输功率,因此极大地减少了可用于传输数据符号的功率。本文的目的首先是在一个单输入单输出(SISO)的OFDM传输系统中提供一个LS信道估计,以及提供一个用于多输入多输出(MIMO)的正交频分复用(OFDM)传输系统的导频功率优化的总体框架。特别地,本文对导频符号和数据符号之间的最佳功率分配以及这种功率分配方式对传输系统性能的影响进行了研究。本文共分为五章。首先,通过将LTE下行链路系统作为仿真环境,我们在其中应用了一些在课堂上学习到的概念,如不同的调制方式、误码率(BER)的概念、MIMO技术等。这项工作也帮助我们提高了使用MATLAB的能力。当涉及到在实际的无线通信系统中接收数据,相干解调处理的应用广泛,并且为了实现信道估计,需要允许一些参考信号或导频符号附着在OFDM(正交频分复用)的时频网格上。在这种情况下,可用传输资源的一部分被单独分出用于信道估计,称为导频符号。在当前的无线通信标准——长期演进(LTE)下,可能会限制导频符号上发射的功率。信道状态信息用于评估信道对经由通信系统传播的信号的影响。由于无线信道包含因传输信号的多径传播引起的衰落,故其确实比只包含加性高斯白噪声(AWGN)信道更加复杂。无线信道可设计为具有随机幅度的脉冲串,经过信道调制,且经过不同的信道能表现出不同的特性,比如高斯信号,或者莱斯信道等。共存在着两种主要情况:平坦衰落和频率选择性衰落。同时无线信道是时变信道。本文首先利用最小二乘法研究了OFDM系统中的导频辅助信道估计,再生了传输信号的功率谱密度,以及利用均衡处理进行信道估计前后的接收信号的功率谱密度。给出了利用均衡处理进行信道估计前后的星座图;调制方式为16-QAM。然后根据不同的调制方式和信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR),给出了误码率。以导频和数据符号之间的功率分配为基础的调整,为LTE系统提供了性能进一步优化的空间。之后我们研究了在跨时变信道下传输的数据符号和导频符号之间共享的可用能量分布,从而使信号与干扰加噪声比(Signal-to-Interference plus Noise Ratio,SINR)得到了优化。以均衡后的信号与干扰加噪声比作为参考函数以解决系统优化问题。仿真结果利用Vienna LTE simulator获得,它是一个现实的传输系统。第二章重点介绍了LTE标准。我们还讨论了其在物理层的主要支持技术,包括OFDM和MIMO。还介绍了在第5节使用的名为LTE Vienna simulator的仿真工具,我们使用的是非商业和用于学术的版本。该发射机能够对LTE传输系统的不同方面进行研究,并在接收端提出了改进措施。它使我们能够对导频符号在信道估计过程中的最优功率分配进行研究。本文在第三章提出了两个估计,LS信道估计和LMMSE信道估计。两者都以其数学形式给出。基于引用的不同文献所给出理论的不同分析我们给出了不同的仿真曲线;在这一部分,我们给出了均衡后的SINR的功率分配函数,我们试图在第五章使其最大化。第四章展示了我们的第一个实际工作,我们实现了OFDM传输系统(LTE),并在其中使用了LS信道估计器。本章对LS信道估计过程进行了深入的解释,并推导了系统的吞吐量:我们根据不同的调制类型给出了误码率。信道估计是一种很好的技术,它可以帮助我们以很高的准确率恢复发射星座。最重要的仿真参数如下:发射端与接收端的天线数目是一个。信道带宽是20 MHz;用于控制信息OFDM符号的数量是一个;编码速率为1/3;Turbo码译码的最大迭代次数为6;迭代停止之前的模拟过程是2e6 bits;当前系统使用的是LS信道估计算法,且均衡模式是迫零。信道估计前后所显示的功率谱密度和星座图的误码率为0.0334。最后一章更加复杂。在第三章推导出功率分配函数和后均衡函数之后,我们研究了LTE下行链路系统的最优功率分配问题。论文首先介绍了各种天线配置下的LS和LMMSE信道估计的功率分配函数。Poff是一个表示导频符号和数据符号之间能量比率的量。为了获得最大的SINR函数,功率分配必须是最小的。我们收集了所有的最小点,很容易发现所有的LS信道估计的最小点均大于0d B,而所有的LMMSE信道估计的最小点均小于0d B。同样记录了最重要的仿真参数。最重要的仿真参数如下:信道带宽设置为20MHz;应用迫零均衡模式;我们使用有1x1、2x2、4x4三种不同的天线配置模式;信道类型是ITU Veh A,其速度为100km/h,多普勒频率为230Hz;传输环路为开环空间复用(OLSM)。我们可以观察到最小点的吞吐量,且通常情况下,导频和数据的功率分布均匀,这意味着他们都是相等的,Poff=0d B处导频和数据的功率相等。两种模拟器均得到了可接受的结果,这是因为当数据和导频的功率是均匀分布或者是最优分配时,二者的吞吐量几乎是相等的,大部分的时间,我们失去或者获得一些吞吐量。对于LMMSE信道估计,我们得到了近1%的小部分吞吐量增益。因此,我们的结论是LTE是具有健壮特性的优化系统。通过发射均匀分配功率的数据和导频,我们接近了均衡后的最大化。在LS信道估计的情况下,我们在1x1、2x2的天线配置下有一些损失,但在4x4的配置下有一个小的增益。LS信道估计要求我们在导频上分配更多的功率以达到最大的后均衡SINR。然而,吞吐量并不遵循此规律。LMMSE是获得更好吞吐量和最大后均衡SINR的更佳选择。只有当我们希望有一个最大后均衡SINR,并且当功率服从均匀分布时的输出与功率服从最佳功率配置时的输出相比很小时,最小功率是可以应用的。这也为以优化输出为目的导频模式设计的研究打开了大门。