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)在實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)幕A上還要滿足高速率傳輸?shù)囊?。正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)能夠有效的對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)合將成為未來移動通信的發(fā)展趨勢。 同步問題是通信信號處理中首先需要解決的問題，直接關(guān)系到后續(xù)基帶信號處理算法的性能。OFDM系統(tǒng)對同步誤差非常敏感，很小的載波頻偏都將導致系統(tǒng)性能的急劇下降。因此準確的符號

2、定時和精確的載波頻偏估計是OFDM系統(tǒng)正常工作的前提。引入MIMO技術(shù)后，同步誤差還會引起嚴重的天線間干擾。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行了深入的研究，并將所提出的新的算法與當前國際上的一些經(jīng)典算法進行了比較。論文的主要研究成果如下： 一、對定時偏移和載波頻偏對OFDM系統(tǒng)性能的影響進行了全面的數(shù)學建模和理論分析總結(jié)，并通過仿

3、真對分析結(jié)果進行了驗證。理論分析結(jié)果為后續(xù)章節(jié)的同步算法設計提供了理論基礎。 二、研究時域相關(guān)峰值檢測的同步算法。指出在多徑衰落信道中，相關(guān)窗的長度對時域相關(guān)峰值檢測算法性能有直接的影響。研究表明，當相關(guān)窗長度大于信道最大多徑遲延時，采用檢測相關(guān)值斜率最大值的方法理論上能夠有效地估計出接收端第一徑的位置。提出了兩種基于時域相關(guān)峰值檢測的同步估計改進算法：1)采用一個OFDM符號做為訓練序列，在接收端進行差分相關(guān)以解決時間度量函數(shù)

4、中出現(xiàn)的平臺效應。所提出的算法定時度量函數(shù)具有陡峭的波形，大大提高的符號定時估計性能。2)提出了一種采用接收信號與發(fā)送導頻信號的副本相關(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定時的判決函數(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算法，指出采用重復訓練序列相關(guān)的載波頻

5、偏估計算法等價于采用等間隔空子載波的載波頻偏最大似然比估計算法。進一步分析了在頻率選擇性衰落信道下，空載波和信道零點的數(shù)目與位置對基于空子載波的載波頻偏估計算法可辨識性的影響。理論分析證明：采用等間隔放置的空子載波或數(shù)據(jù)子載波進行載波頻偏估計，得到的載波頻偏估計結(jié)果獨立于信道零響應。 四、深入研究了基于子空間的盲估計算法。提出了一種基于多重信號分類(MUSIC)原理的上行交織頻分多址(IFDMA)系統(tǒng)載波頻偏估計算法。所提出的算

6、法通過設計一種特殊的頻率估計因子，解決了傳統(tǒng)MUSIC算法中對參數(shù)空間進行多維搜索的問題，使得上行IFDMA系統(tǒng)多用戶載波頻偏估計轉(zhuǎn)換成一個一維估計問題，算法復雜度低。 五、研究了分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)中的同步問題，提出了一種改進的分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)定時偏移和載波頻偏估計算法。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同步估計方法，所