寬帶無線MIMO OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的同步和信道估計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、由于正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)具有很強(qiáng)的抗多徑能力，多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技術(shù)可以獲得很高的頻譜利用率，因此將MIMO結(jié)合OFDM形成的MIMOOFDM技術(shù)是未來無線寬帶高速傳輸?shù)闹饕蜻x方案。然而，由于OFDM技術(shù)采用了正交的子載波，MIMO技術(shù)的接收信號(hào)是多座發(fā)射天線信號(hào)的迭加，這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合

2、使得MIMOOFDM系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)艱巨任務(wù)。 本論文主要針對(duì)采用時(shí)域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列的不同MIMOOFDM系統(tǒng)，研究了其接收機(jī)設(shè)計(jì)中的同步和信道估計(jì)問題，并對(duì)決定其性能的訓(xùn)練序列設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。OFDM技術(shù)對(duì)同步誤差極其敏感，本文首先研究了MIMOOFDM系統(tǒng)的時(shí)間和頻率同步算法。 由于循環(huán)前綴的存在，較小的符號(hào)定時(shí)誤差并不會(huì)引起符號(hào)間干擾。但是，不同符號(hào)之間符號(hào)定時(shí)的隨機(jī)擺動(dòng)不僅將增加均衡器的復(fù)雜度，而

3、且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，因此MIMOOFDM系統(tǒng)需要一個(gè)穩(wěn)定可靠的符號(hào)定時(shí)同步算法。針對(duì)傳統(tǒng)使用循環(huán)前綴的最大似然算法均方估計(jì)誤差很大的缺點(diǎn)，提出了兩種改進(jìn)算法，一種適合慢衰落信道，另一種適合快衰落信道。它們以估計(jì)信道最大延遲的方法代替最大似然隨機(jī)估計(jì)無符號(hào)間干擾區(qū)的某一點(diǎn)，以提高符號(hào)定時(shí)估計(jì)的準(zhǔn)確性并降低均方誤差。 由于載波頻率偏移和采樣鐘定時(shí)誤差都將導(dǎo)致MIMOOFDM系統(tǒng)子載波間失去正交性，會(huì)嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能，因此MIMOO

4、FDM系統(tǒng)需要近乎完美的載波頻率同步和采樣鐘同步方案。針對(duì)采用時(shí)域訓(xùn)練序列的系統(tǒng)，根據(jù)頻偏在時(shí)域反映為相同訓(xùn)練序列不同的相偏，提出了一種使用兩個(gè)不同長(zhǎng)度相關(guān)器估計(jì)載波頻偏的算法，短相關(guān)器用于擴(kuò)大估計(jì)范圍，長(zhǎng)相關(guān)器用于提高估計(jì)精度；根據(jù)采樣鐘誤差在時(shí)域反映為采樣點(diǎn)的漂移，提出了依靠檢測(cè)訓(xùn)練序列相對(duì)位置估計(jì)采樣鐘定時(shí)誤差的算法。針對(duì)采用頻域訓(xùn)練序列的系統(tǒng)，將用于單天線系統(tǒng)的載波頻率同步方案擴(kuò)展到多天線系統(tǒng)中；并根據(jù)采樣鐘誤差在頻域表現(xiàn)為導(dǎo)頻

5、相位旋轉(zhuǎn)，提出了依靠檢測(cè)相鄰導(dǎo)頻相位估計(jì)采樣鐘誤差的算法。 由于訓(xùn)練序列的設(shè)計(jì)不僅影響MIMOOFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率，而且還決定著同步和信道估計(jì)的性能，因此本文研究了用于MIMOOFDM系統(tǒng)的最優(yōu)時(shí)域和頻域訓(xùn)練序列。根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)時(shí)域訓(xùn)練序列需要在信道最大延遲時(shí)間內(nèi)滿足理想的自相關(guān)性和互相關(guān)性，據(jù)此提出了四種不同的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)發(fā)現(xiàn)最優(yōu)頻域訓(xùn)練序列至少需要發(fā)送與發(fā)射天線同等數(shù)量的訓(xùn)練符號(hào)，并且不同天線相同子載波

6、處的導(dǎo)頻要求滿足相互正交。 由于MIMOOFDM系統(tǒng)的接收信號(hào)是多座發(fā)射天線信號(hào)的迭加，在估計(jì)某一個(gè)信道時(shí)，來自其它信道的信號(hào)將干擾該估計(jì)過程，因此信道估計(jì)是MIMOOFDM系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。本文分別針對(duì)頻率選擇性慢衰落信道和快衰落信道提出了不同的信道估計(jì)方案?？紤]到慢衰落信道在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的信道變化可以忽略不計(jì)，提出了使用基于LMS和RLS自適應(yīng)濾波的信道估計(jì)方法?？紤]到快衰落信道需要實(shí)時(shí)估計(jì)，提出了使用擴(kuò)展卡爾曼濾