高鐵場(chǎng)景下OFDM-MIMO系統(tǒng)多普勒頻偏估計(jì)算法研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，LTE(Long Term Evolution)技術(shù)也發(fā)展的更加成熟并且被大規(guī)模商用。LTE技術(shù)不僅帶動(dòng)了智能移動(dòng)終端設(shè)備和硬件方面不斷創(chuàng)新，而且加速了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。與此同時(shí)，中國(guó)的高速鐵路建設(shè)也進(jìn)行的如火如荼，出口海外，成為中國(guó)科技的新名片。高鐵場(chǎng)景下的移動(dòng)通信用戶(hù)越來(lái)越多，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求也越來(lái)越高。原有的GSM-R(Global SystemFor Mobile Communication

2、-Railway)系統(tǒng)已經(jīng)滿(mǎn)足不了快速發(fā)展的高鐵通信業(yè)務(wù)的多樣性和高質(zhì)量通信需求，因此推行LTE-R(LTE for Railway)勢(shì)在必行。
　　高速移動(dòng)場(chǎng)景下，用戶(hù)與基站之間的相對(duì)速度非常高，這會(huì)產(chǎn)生較大的多普勒頻率偏移。而LTE系統(tǒng)下行鏈路采用正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)，對(duì)頻率偏移比較敏感，較小的頻偏就會(huì)影響子載波正交性，破壞系統(tǒng)性能。因

3、此在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，多普勒頻偏估計(jì)的研究成為重要問(wèn)題。
　　就目前的研究而言，普通場(chǎng)景下OFDM系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)(Carrier FrequencyOffset CFO)已經(jīng)非常成熟。高速移動(dòng)場(chǎng)景下的多普勒頻偏估計(jì)模型與OFDM系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)模型相似，因此可以將OFDM載波頻偏估計(jì)的成熟方法運(yùn)用到高速移動(dòng)場(chǎng)景下的多普勒頻偏估計(jì)中。本文主要研究了三種頻偏估計(jì)算法:Moose算法、S&C算法、基于CP的算法。三種算法的原理都是通過(guò)計(jì)

4、算部分相關(guān)求得頻偏，但是相關(guān)的符號(hào)構(gòu)造不同。在算法復(fù)雜度方面，Moose算法高于其他兩個(gè)算法。在仿真性能上，三種算法估計(jì)誤差隨SNR增大而減小，低信噪比下Moose算法性能最好，但誤差平臺(tái)出現(xiàn)較早，S&C算法和基于CP的算法誤差平臺(tái)出現(xiàn)較晚。
　　由于高鐵信道符合萊斯信道特征，本文使用萊斯信道建模高鐵多徑時(shí)變信道，并在該信道下對(duì)Moose算法、S&C算法、基于CP的算法性能進(jìn)行評(píng)估。仿真結(jié)果顯示，頻偏估計(jì)誤差隨SNR的增大呈減小趨

5、勢(shì)，而且K因子越大，估計(jì)性能越好?？紤]到MIMO技術(shù)可以降低信道的隨機(jī)性，采用多天線接收信號(hào)做頻偏估計(jì)再求取平均，可以提高估計(jì)性能。仿真中采用兩個(gè)接收天線、三個(gè)接收天線與一個(gè)接收天線的估計(jì)性能對(duì)比，結(jié)果顯示增加接收天線數(shù)可以改善估計(jì)性能，信噪比較低時(shí)，在同一頻偏估計(jì)性能下每添加一根接收天線，信噪比改善2～3dB左右。多徑場(chǎng)景下，信號(hào)傳輸受多徑影響，接收信號(hào)為直射徑和散射徑疊加的結(jié)果，而高鐵通信中一般具有非常強(qiáng)烈的直射徑，接收信號(hào)主要來(lái)自