分布式MIMO系統(tǒng)頻率同步技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術(shù)在未來無線通信中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，從國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)MIMO技術(shù)的研究趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，未來無線通信的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：采用發(fā)射天線分布、或發(fā)射天線和接收天線均分布的分布式MIMO系統(tǒng)。分布式MIMO能提供更高的系統(tǒng)容量，但也對(duì)時(shí)間頻率同步提出了更高的要求。就目前研究情況而言，對(duì)分布式MIMO系統(tǒng)時(shí)間頻率同步技術(shù)的研究還比較少。本論文重點(diǎn)研究了發(fā)射天線

2、與接收天線均分布的分布式MIMO系統(tǒng)頻率同步技術(shù)，在這方面做出一些新的理論研究工作，并提出新的頻率同步算法。 首先，本文介紹了多入多出無線通信的研究背景和基本概念，并指出其研究的必要性和必然性。然后，詳細(xì)闡述了在多入多出無線通信領(lǐng)域正受到關(guān)注的分布式MIMO系統(tǒng)并闡述了亟待解決的多頻偏估計(jì)和補(bǔ)償問題，指出了本文的研究方向。 其次，本文回顧了經(jīng)典的單天線頻偏估計(jì)算法和集中式MIMO系統(tǒng)頻偏估計(jì)算法，并且分析了經(jīng)典的基于相關(guān)

3、的分布式MIMO系統(tǒng)頻偏估計(jì)算法。針對(duì)已有的頻偏估計(jì)算法在分布式MIMO頻率同步中直接應(yīng)用存在的以下問題：忽略了天線間干擾對(duì)多頻偏估計(jì)的影響，導(dǎo)致頻偏估計(jì)均方誤差隨信噪比增加遠(yuǎn)離CRLB；現(xiàn)有頻偏估計(jì)問題都把頻偏視為待估常數(shù)而忽略了溫度變化等因素影響頻偏變化，忽視了頻偏先驗(yàn)信息對(duì)頻偏估計(jì)的作用；發(fā)射天線與接收天線分別采用不同晶振，導(dǎo)致對(duì)同一接收天線有多個(gè)不同頻偏，給頻偏補(bǔ)償帶來困難。 針對(duì)以上問題，本文第三、四、五章分別進(jìn)行了具

4、體分析并提出了新的同步算法。 本文在第三章，針對(duì)已有的基于訓(xùn)練序列正交性的二階頻偏估計(jì)器受多天線間干擾限制，隨著信噪比的增加，會(huì)出現(xiàn)性能平臺(tái)的問題和期望最大化算法對(duì)初值敏感估計(jì)范圍小的特點(diǎn)，提出一種新的基于演化博弈優(yōu)化的多頻偏估計(jì)方法，仿真結(jié)果表明此方法估計(jì)均方誤差接近克拉美-羅下限(Cramer-Rao Lower Bound，CRLB)，并且增大了頻偏的估計(jì)范圍。 現(xiàn)有頻偏估計(jì)問題都把頻偏視作待估常數(shù)忽視了溫度等因素

5、影響頻偏變化。本文在第四章提出了一種基于最大后驗(yàn)的頻偏估計(jì)算法。通過最大熵原理推導(dǎo)出頻偏的先驗(yàn)分布可以假設(shè)為高斯分布；并推導(dǎo)出最大后驗(yàn)估計(jì)的性能下限克拉美-羅限。通過計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果證明：最大后驗(yàn)估計(jì)的CRLB性能要優(yōu)于最大似然估計(jì)的CRLB。這為進(jìn)行多頻偏估計(jì)提出了更低的性能下限。為后續(xù)研究基于最大后驗(yàn)的分布式MIMO多頻偏估計(jì)提供了理論參考依據(jù)。 本文第五章討論了分布式MIMO系統(tǒng)的多頻偏補(bǔ)償問題。由于對(duì)于不同發(fā)射天線與同一接

6、收天線頻偏不同，而接收天線接收信號(hào)是各發(fā)射天線信號(hào)的和，這給頻偏補(bǔ)償帶來了困難。本章提出了一種基于頻偏和信道構(gòu)成的等效信道的有限反饋預(yù)編碼頻偏糾正算法。仿真驗(yàn)證若能準(zhǔn)確估計(jì)頻偏，此頻偏補(bǔ)償方法能有效消除頻偏對(duì)系統(tǒng)影響。 總體而言，分布式MIMO能有效提高系統(tǒng)容量，具有重要的社會(huì)效益。頻率同步技術(shù)是分布式MIMO系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，本文對(duì)此進(jìn)行了較為深入的研究。本文所提出的基于演化博弈優(yōu)化的多頻偏估計(jì)和基于最大后驗(yàn)準(zhǔn)則的多頻偏