頻率選擇性衰落信道MIMO-OFDM系統(tǒng)同步算法研究.pdf

1、未來通信系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)幕A(chǔ)上還要滿足高速率傳輸?shù)囊蟆Ｕ活l分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)能夠有效的對(duì)抗多徑衰落并具有較高的頻譜資源利用率。而多發(fā)射多接收天線(MIMO)技術(shù)能夠大幅度提高系統(tǒng)的吞吐量。因此MIMO與OFDM結(jié)合將成為未來移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)。 同步問題是通信信號(hào)處理中首先需要解決的問題，直接關(guān)系到后續(xù)基帶信號(hào)處理算法的性能。OFDM系統(tǒng)對(duì)同步誤差非常敏感，很小的載波頻偏都將導(dǎo)致系統(tǒng)性能的急劇下降。因此準(zhǔn)確的符號(hào)

2、定時(shí)和精確的載波頻偏估計(jì)是OFDM系統(tǒng)正常工作的前提。引入MIMO技術(shù)后，同步誤差還會(huì)引起嚴(yán)重的天線間干擾。因此，MIMO-OFDM系統(tǒng)中的同步問題更為關(guān)鍵。 論文主要就頻率選擇性衰落信道下MIMO-OFDM系統(tǒng)中的同步理論和算法進(jìn)行了深入的研究，并將所提出的新的算法與當(dāng)前國際上的一些經(jīng)典算法進(jìn)行了比較。論文的主要研究成果如下： 一、對(duì)定時(shí)偏移和載波頻偏對(duì)OFDM系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了全面的數(shù)學(xué)建模和理論分析總結(jié)，并通過仿

3、真對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。理論分析結(jié)果為后續(xù)章節(jié)的同步算法設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。 二、研究時(shí)域相關(guān)峰值檢測(cè)的同步算法。指出在多徑衰落信道中，相關(guān)窗的長度對(duì)時(shí)域相關(guān)峰值檢測(cè)算法性能有直接的影響。研究表明，當(dāng)相關(guān)窗長度大于信道最大多徑遲延時(shí)，采用檢測(cè)相關(guān)值斜率最大值的方法理論上能夠有效地估計(jì)出接收端第一徑的位置。提出了兩種基于時(shí)域相關(guān)峰值檢測(cè)的同步估計(jì)改進(jìn)算法：1)采用一個(gè)OFDM符號(hào)做為訓(xùn)練序列，在接收端進(jìn)行差分相關(guān)以解決時(shí)間度量函數(shù)

4、中出現(xiàn)的平臺(tái)效應(yīng)。所提出的算法定時(shí)度量函數(shù)具有陡峭的波形，大大提高的符號(hào)定時(shí)估計(jì)性能。2)提出了一種采用接收信號(hào)與發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)的副本相關(guān)的同步算法。在接收端，以多徑區(qū)域能量和噪聲區(qū)域能量之比作為符號(hào)定時(shí)的判決函數(shù)，從而使所形成的峰值更加明顯。在多天線情況下，隨著收發(fā)天線數(shù)的增加，信道的多徑數(shù)目將線性增加，從而獲得更多的分集增益，同步性能隨之變好。 三、研究基于空子載波的載波頻偏最大似然比估計(jì)算法，指出采用重復(fù)訓(xùn)練序列相關(guān)的載波頻

5、偏估計(jì)算法等價(jià)于采用等間隔空子載波的載波頻偏最大似然比估計(jì)算法。進(jìn)一步分析了在頻率選擇性衰落信道下，空載波和信道零點(diǎn)的數(shù)目與位置對(duì)基于空子載波的載波頻偏估計(jì)算法可辨識(shí)性的影響。理論分析證明：采用等間隔放置的空子載波或數(shù)據(jù)子載波進(jìn)行載波頻偏估計(jì)，得到的載波頻偏估計(jì)結(jié)果獨(dú)立于信道零響應(yīng)。 四、深入研究了基于子空間的盲估計(jì)算法。提出了一種基于多重信號(hào)分類(MUSIC)原理的上行交織頻分多址(IFDMA)系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)算法。所提出的算

6、法通過設(shè)計(jì)一種特殊的頻率估計(jì)因子，解決了傳統(tǒng)MUSIC算法中對(duì)參數(shù)空間進(jìn)行多維搜索的問題，使得上行IFDMA系統(tǒng)多用戶載波頻偏估計(jì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)一維估計(jì)問題，算法復(fù)雜度低。 五、研究了分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)中的同步問題，提出了一種改進(jìn)的分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)定時(shí)偏移和載波頻偏估計(jì)算法。該算法利用Gold碼良好的相關(guān)特性降低天線間干擾，有效地估計(jì)各發(fā)射天線的遲延和載波頻偏。相比其他的分布式MIMO-OFDM同步估計(jì)方法，所