無線通信系統(tǒng)中載波同步關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線通信系統(tǒng)中的噪聲與多用戶干擾是載波同步技術(shù)面臨的兩個(gè)重要影響因素。一方面鎖相環(huán)及數(shù)據(jù)輔助的載波同步裝置在低信噪比通信系統(tǒng)中面臨著估計(jì)精度差、收斂速度慢的問題。另一方面在協(xié)作MIMO通信系統(tǒng)中則需要解決低信干噪比(SINR)條件下的多頻偏與信道聯(lián)合估計(jì)問題。因此針對低信噪比與多用戶通信系統(tǒng)研究低復(fù)雜度、高精度的載波同步算法成為一個(gè)重要的難題。本文主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下：
　　為了設(shè)計(jì)可適應(yīng)于低信噪比與大頻偏衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的

2、鎖頻鎖相器,本文分析了窗口類型對系統(tǒng)捕獲與抗噪聲性能的影響原理。證明了大窗口具有更大的同步范圍，但是捕獲速度較慢。推導(dǎo)出的穩(wěn)態(tài)噪聲功率譜密度表達(dá)式證明了大窗口具有更低的解調(diào)門限和穩(wěn)態(tài)相噪抖動(dòng)。最后通過對鑒相器輸出信號(hào)取極性操作的方式提出了一種改進(jìn)型鎖頻鎖相器。這種改進(jìn)型鎖頻鎖相器在提升了鑒相增益和捕獲速度的同時(shí)，還可保證不增加穩(wěn)態(tài)相噪功率。
　　深空通信系統(tǒng)中編碼輔助載波同步算法采用最優(yōu)搜索的方式得到頻偏的最大似然解，計(jì)算復(fù)雜度高

3、。本文首先通過對譯碼器輸出軟信息狀態(tài)進(jìn)行簡化和改變頻偏補(bǔ)償方式的方法來降低EM算法的復(fù)雜度。分析表明這種方法可將乘法和加法次數(shù)降低到原算法的1/4。利用碼率為1/6的Turbo碼驗(yàn)證了新算法在信噪比大于-7.9dB時(shí)能達(dá)到理想同步，最大性能損失僅為0.05dB。接著提出了第二種簡化方法，首先對似然函數(shù)關(guān)于同步參數(shù)的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行等效變換，然后利用泰勒級(jí)數(shù)展開直接求解出頻偏估計(jì)量的閉合表達(dá)式，避免了最優(yōu)搜索。分析與仿真結(jié)果表明第二種算法的簡化程

4、度與計(jì)算窗口大小成正比，與EM算法相比沒有性能損失。
　　為了克服單純輔助載波同步算法在范圍與精度之間所存在的矛盾，本文提出了一種基于編碼與導(dǎo)頻聯(lián)合輔助載波同步算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先針對最佳導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種基于相關(guān)函數(shù)求和方法的粗同步算法，該算法最大程度地利用了相關(guān)信息且運(yùn)算簡單，估計(jì)性能可接近CRB界。然后將此算法在等間距離散導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了推廣，推導(dǎo)出估計(jì)方差的統(tǒng)一表達(dá)式。細(xì)同步EM算法則同時(shí)使用了導(dǎo)頻與編碼符號(hào)以提升估計(jì)

5、精度。最后提出了一種通過調(diào)整離散導(dǎo)頻的分段數(shù)目與長度來實(shí)現(xiàn)范圍與精度互相平衡的方法。仿真結(jié)果表明采用聯(lián)合輔助算法有效地避免了單純輔助算法的缺點(diǎn)。
　　協(xié)作MIMO系統(tǒng)存在的多頻偏不僅會(huì)造成系統(tǒng)性能損失，同時(shí)還給接收機(jī)中的頻偏與信道估計(jì)提出了新的難題。本文首先分析了多頻偏對協(xié)作多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)SINR及容量損失這兩個(gè)指標(biāo)的影響機(jī)理，推導(dǎo)出SINR的理論表達(dá)式，證明了當(dāng)累加相位的絕對值超過?時(shí)系統(tǒng)的 SINR及容量損失達(dá)到最大。接著推導(dǎo)出