毫米波SC-FDE MIMO無線局域網(wǎng)相位跟蹤同步技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)時代的來臨，高速率無線通信的需求愈加迫切，擁擠不堪的低頻譜資源已很難支撐高速率通信的要求，頻譜資源相對豐富的毫米波無線頻段因此倍受關(guān)注。2012年，電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)802.11標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)中國提交的毫米波段成立IEEE802.11aj工作組，旨在45GHz實現(xiàn)Gbps速率傳輸。毫米波頻段頻率高，因此載波頻偏相對較大，也更易受到射頻端非線性影響，又因器件工藝限制，毫米波頻段也更易受相位噪聲影響。相對正交頻分復(fù)

2、用(OFDM)技術(shù)，頻域均衡單載波調(diào)制(SC-FDE)技術(shù)對載波頻偏的敏感度較低，峰均比(PAPR)較低，且系統(tǒng)復(fù)雜度與OFDM相當(dāng)，但卻降低了對射頻端硬件功放的壓力，因此是適合毫米波無線通信的傳輸技術(shù)。本文主要討論SC-FDE技術(shù)與多天線技術(shù)(MIMO)相結(jié)合的毫米波無線局域網(wǎng)通信架構(gòu)下的載波頻偏糾正與相位噪聲補償同步技術(shù)，研究內(nèi)容包括載波頻偏和相位噪聲的統(tǒng)計模型，SC-FDE與MIMO的結(jié)合方案與數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計，以及載波頻偏和相位噪

3、聲的糾正算法等。
　　首先，本文對載波頻偏與相位噪聲進(jìn)行統(tǒng)計建模，對常見不同通信系統(tǒng)與應(yīng)用場景下的相位噪聲統(tǒng)計模型進(jìn)行分析，并具體研究毫米波無線局域網(wǎng)IEEE802.11aj(45GHz)的相位噪聲統(tǒng)計模型，對該相位噪聲統(tǒng)計模型進(jìn)行時域和頻域的數(shù)值仿真，并分析該模型下的相位噪聲對高階調(diào)制星座點的影響。載波頻偏與相位噪聲統(tǒng)計模型為后面章節(jié)進(jìn)一步研究補償算法提供理論依據(jù)。
　　隨后，本文提出一種SC-FDE MIMO系統(tǒng)時域訓(xùn)練

4、序列插入方案，該方案可與SC-FDEMIMO發(fā)射機(jī)中常用的循環(huán)移位操作(CSD)和空間擴(kuò)展操作兼容并存，同時該方案中還提出一種包含時域訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計，即在每個數(shù)據(jù)塊中均勻插入若干個已知時域訓(xùn)練序列塊。時域訓(xùn)練序列的功能與OFDM系統(tǒng)中的導(dǎo)頻類似，可在接收端提供已知訓(xùn)練信息并進(jìn)行相位跟蹤。本文提出一種利用該時域訓(xùn)練序列進(jìn)行載波頻偏糾正的線性跟蹤與補償算法。仿真結(jié)果表明該算法可有效對載波頻偏進(jìn)行估計與補償。
　　相對于載波頻

5、偏的估計與補償而言，相位噪聲的估計與補償通常更為復(fù)雜。除了載波頻偏的線性跟蹤與補償算法，本文還提出一種對相位噪聲進(jìn)行估計與補償?shù)呐袥Q反饋LMS迭代算法。該算法針對IEEE802.11aj(45GHz)相位噪聲統(tǒng)計模型，利用相位噪聲相鄰采樣點之間具有較強相關(guān)性的特點，通過LMS估計器進(jìn)行相位噪聲估計，逐次迭代進(jìn)行相位修正。
　　最后，本文研究了將獨特字(Unique Word，UW)格式與SC-FDE MIMO系統(tǒng)結(jié)合的可行方案。U

6、W是SC-FDE系統(tǒng)中的一種經(jīng)典時域訓(xùn)練序列插入方式，既可以充當(dāng)數(shù)據(jù)塊的循環(huán)前綴，又可為接收端提供已知訓(xùn)練信息，在不增加開銷和額外復(fù)雜度的情況下提高系統(tǒng)性能，因此在SC-FDE系統(tǒng)中被廣泛利用。但UW難以與MIMO系統(tǒng)直接結(jié)合，MIMO系統(tǒng)中常用的CSD和空間擴(kuò)展等操作都會影響UW的結(jié)構(gòu)，因此本文提出將UW和SC-FDE MIMO系統(tǒng)相結(jié)合的方案，將多個時隙的數(shù)據(jù)符號塊或其共軛排成正交或準(zhǔn)正交陣實現(xiàn)空間擴(kuò)展，以取代傳統(tǒng)CSD和空間擴(kuò)展操