MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)與同步技術(shù)的研究.pdf

1、最大限度的提高頻譜利用效率是下一代無(wú)線移動(dòng)通信的目標(biāo)之一。在帶寬和功率受限的無(wú)線通信中，利用多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)技術(shù)(多天線技術(shù))能獲得更高的頻譜效率，同時(shí)正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術(shù)具有抵抗多徑衰落和降低寬帶接收機(jī)復(fù)雜度的特點(diǎn)，因此，MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)的結(jié)合(即MIMO-OFDM技術(shù))

2、更能夠適應(yīng)高信道容量、高比特信息速率等寬帶多媒體應(yīng)用的需求，被認(rèn)為是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的主流技術(shù)，也是當(dāng)前無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　同步問(wèn)題是通信信號(hào)處理中首先需要解決的問(wèn)題，直接關(guān)系到后續(xù)基帶信號(hào)處理算法的性能，MIMO-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)定時(shí)和精確的載波頻偏估計(jì)是MIMO-OFDM系統(tǒng)正常工作的前提。同時(shí)，信道估計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)相干檢測(cè)和空時(shí)解碼，使得

3、系統(tǒng)在低信噪比的環(huán)境下依然具有低誤碼率的必要條件?；诖耍疚尼槍?duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)和同步問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究，主要內(nèi)容及取得的成果如下：
　　第一，對(duì)快時(shí)變環(huán)境下 MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)算法的研究。給出了MIMO-OFDM系統(tǒng)在時(shí)變條件下的信號(hào)模型，將基于插值的SISO-OFDM系統(tǒng)的時(shí)變信道估計(jì)算法推廣得到了適合MIMO-OFDM系統(tǒng)的時(shí)變信道估計(jì)算法，并且提出了一種基于低通濾波的適用于快速時(shí)變環(huán)境下 MI

4、MO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法。該算法的基本思想是通過(guò)信道頻率響應(yīng)相對(duì)于導(dǎo)頻子載波變化緩慢,而相對(duì)于噪聲成分變化很快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信道頻率響應(yīng)和噪聲成分有效的分離，利用時(shí)域低通濾波的方法對(duì)噪聲進(jìn)行了有效的抑制，從而提高了信道參數(shù)估計(jì)的精確性。
　　第二，對(duì)基于空時(shí)編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)算法的研究。針對(duì)基于空時(shí)編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)使用最小均方(LMS)或最小二乘(RLS)自適應(yīng)信道估計(jì)算法性能差的缺點(diǎn)，提出了一

5、種適用于空時(shí)分組編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)的兩步信道估計(jì)方法。第1步運(yùn)用最小方均誤差估計(jì)算法對(duì)導(dǎo)頻信道進(jìn)行初始信道參數(shù)估計(jì)；第2步利用第1步得到的初始信道參數(shù)，運(yùn)用提出的自適應(yīng)估計(jì)算法來(lái)獲得更精確的后續(xù)信道參數(shù)，從而進(jìn)一步提高了信道估計(jì)的精度。理論分析和仿真表明在不同的多普勒頻移的情況下，與完全采用MMSE信道估計(jì)及第二步運(yùn)用LMS或 RLS自適應(yīng)信道估計(jì)算法相比，所提出的兩步信道估計(jì)方法的MSE性能、SER性能都有明顯的提高。

6、　　第三，對(duì)基于導(dǎo)頻的MIMO-OFDM系統(tǒng)同步算法的研究。從MIMO-OFDM信號(hào)模型出發(fā)，分析了同步誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在此基礎(chǔ)之上，為了克服基于傳統(tǒng)訓(xùn)練序列定時(shí)同步的平頂效應(yīng)及多尖現(xiàn)象和提高系統(tǒng)頻譜的利用率，構(gòu)造了 MIMO-OFDM系統(tǒng)中一種倒序結(jié)構(gòu)的同步訓(xùn)練序列并且提出了對(duì)應(yīng)的定時(shí)和頻偏估計(jì)方法。與傳統(tǒng)算法相比，該算法能夠進(jìn)一步提高定時(shí)估計(jì)的精準(zhǔn)度。此外，該算法只需要一個(gè)訓(xùn)練序列，就可以有效地對(duì)整數(shù)倍與小數(shù)倍頻偏進(jìn)行估計(jì)，與

7、需要2個(gè)訓(xùn)練序列的傳統(tǒng)算法相比，減少了訓(xùn)練序列的數(shù)量，有利于提高系統(tǒng)頻譜的利用率。仿真結(jié)果表明，在 AWGN和改進(jìn)的Jake模型信道環(huán)境下，所提出的方法與Minn方案和Park方案相比在 MSE性能、BER性能上都有明顯的提高。
　　第四，對(duì)基于IEEE802.11a前導(dǎo)結(jié)構(gòu)的MIMO-OFDM系統(tǒng)同步算法的研究。簡(jiǎn)單介紹了 IEEE802.11a的物理層標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)討論了 IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)定時(shí)算法。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)

8、基于傳統(tǒng) IEEE802.11a前導(dǎo)結(jié)構(gòu)的符號(hào)定時(shí)同步精度不高的缺點(diǎn)，提出了一種適合基于IEEE802.11a的MIMO-OFDM系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步方法。該方法將傳統(tǒng)正交前導(dǎo)結(jié)構(gòu)中最后一個(gè)短訓(xùn)練序列的前半個(gè)周期進(jìn)行了相位反轉(zhuǎn)，使得基于改進(jìn)的前導(dǎo)結(jié)構(gòu)的接收信號(hào)與自身周期延時(shí)信號(hào)的互相關(guān)結(jié)果中產(chǎn)生一個(gè)明顯的下陷，因此這可以在多徑環(huán)境下更準(zhǔn)確的獲得短訓(xùn)練序列與長(zhǎng)訓(xùn)練序列的分界點(diǎn)，從而有效的提高多徑環(huán)境下MIMO-OFDM系統(tǒng)符號(hào)同步的精度。仿