寬帶無線MIMO OFDM移動通信系統(tǒng)中的同步和信道估計技術(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)的接收信號是多座發(fā)射天線信號的迭加，這兩項技術(shù)的結(jié)合

2、使得MIMOOFDM系統(tǒng)的接收機設(shè)計成為一項艱巨任務(wù)。 本論文主要針對采用時域訓練序列和頻域訓練序列的不同MIMOOFDM系統(tǒng)，研究了其接收機設(shè)計中的同步和信道估計問題，并對決定其性能的訓練序列設(shè)計進行了分析。OFDM技術(shù)對同步誤差極其敏感，本文首先研究了MIMOOFDM系統(tǒng)的時間和頻率同步算法。 由于循環(huán)前綴的存在，較小的符號定時誤差并不會引起符號間干擾。但是，不同符號之間符號定時的隨機擺動不僅將增加均衡器的復(fù)雜度，而

3、且會導致系統(tǒng)性能下降，因此MIMOOFDM系統(tǒng)需要一個穩(wěn)定可靠的符號定時同步算法。針對傳統(tǒng)使用循環(huán)前綴的最大似然算法均方估計誤差很大的缺點，提出了兩種改進算法，一種適合慢衰落信道，另一種適合快衰落信道。它們以估計信道最大延遲的方法代替最大似然隨機估計無符號間干擾區(qū)的某一點，以提高符號定時估計的準確性并降低均方誤差。 由于載波頻率偏移和采樣鐘定時誤差都將導致MIMOOFDM系統(tǒng)子載波間失去正交性，會嚴重降低系統(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。針對采用時域訓練序列的系統(tǒng)，根據(jù)頻偏在時域反映為相同訓練序列不同的相偏，提出了一種使用兩個不同長度相關(guān)器估計載波頻偏的算法，短相關(guān)器用于擴大估計范圍，長相關(guān)器用于提高估計精度；根據(jù)采樣鐘誤差在時域反映為采樣點的漂移，提出了依靠檢測訓練序列相對位置估計采樣鐘定時誤差的算法。針對采用頻域訓練序列的系統(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)為導頻

5、相位旋轉(zhuǎn)，提出了依靠檢測相鄰導頻相位估計采樣鐘誤差的算法。 由于訓練序列的設(shè)計不僅影響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的性能，因此本文研究了用于MIMOOFDM系統(tǒng)的最優(yōu)時域和頻域訓練序列。根據(jù)最小均方誤差準則，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)時域訓練序列需要在信道最大延遲時間內(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)計方法。同時發(fā)現(xiàn)最優(yōu)頻域訓練序列至少需要發(fā)送與發(fā)射天線同等數(shù)量的訓練符號，并且不同天線相同子載波

6、處的導頻要求滿足相互正交。 由于MIMOOFDM系統(tǒng)的接收信號是多座發(fā)射天線信號的迭加，在估計某一個信道時，來自其它信道的信號將干擾該估計過程，因此信道估計是MIMOOFDM系統(tǒng)接收機設(shè)計的一個難點。本文分別針對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方案?？紤]到慢衰落信道在一段較長時間內(nèi)的信道變化可以忽略不計，提出了使用基于LMS和RLS自適應(yīng)濾波的信道估計方法?？紤]到快衰落信道需要實時估計，提出了使用擴展卡爾曼濾