MIMO-OFDM同步與信道估計技術研究.pdf

1、近年的研究表明，多輸入多輸出(Multiple-lnput Multiple-Output：MIMO)技術能顯著增加信道容量，提高頻譜利用效率；而正交頻分復用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing：OFDM)技術則具有良好的抗多徑衰落能力，并且實現(xiàn)結構簡單，頻譜利用率高。兩者都是未來無線通信系統(tǒng)中的關鍵技術。將MIMO和OFDM結合在一起而形成的MIMO-OFDM技術作為。B3G/4G的物理

2、層主要傳輸技術之一，能夠有效提高信道容量，使頻譜利用效率成倍提升，同時大大降低在多徑環(huán)境下的接收機復雜度。 MIMO-OFDM系統(tǒng)涉及的技術主要包括MIMO信道模型、系統(tǒng)同步、信道估計和空時復用方案等方面。本論文在國內外相關研究工作的基礎上，針對MIMO-OFDM系統(tǒng)，以多天線信道為核心，重點研究了其中的系統(tǒng)同步與信道估計問題。基于OFDM技術的系統(tǒng)對于同步偏差所引起的相位偏移非常敏感，由載波頻偏和采樣頻率偏差引起的子載波間干擾

3、(Inter-Carrier Interference：ICI)會嚴重惡化系統(tǒng)性能。相干MIMO系統(tǒng)中不管是空時編解碼或者均衡等環(huán)節(jié)都需要利用信道時域或頻域響應系數(shù)，能否準確估計出當前信道的響應系數(shù)對系統(tǒng)性能起著至關重要的作用。另外，MIMO系統(tǒng)每個接收信道都是多個發(fā)送天線信號的疊加，其復雜程度和估計難度都相對單輸入單輸出(Single-InputSingle-OuWut：SISO)系統(tǒng)高得多。 本論文在討論分析了多種MIMO基

4、本信道、信道容量以及MIMO-OFDM基本信號模型、系統(tǒng)框架的基礎上，于MIMO-OFDM系統(tǒng)同步和信道估計兩方面進行了以下工作； 一、從MIMO-OFDM時域信號模型出發(fā)，分析同步系統(tǒng)中同步捕獲所涉及的各種誤差量對接收信號的影響情況。然后從減小實際系統(tǒng)數(shù)字基帶處理中各級濾波器尤其是半帶濾波器特性非理想而引起的同步性能損失的角度出發(fā)給出了一種基于時頻域共同構建的MIMO-OFDM改進前導序列，分析了不同參數(shù)對互相關性能的影響情況

5、，并以此為基礎給出基于前導序列的MIMO-OFDM同步捕獲算法。該正交序列既保持了時域構造序列良好正交性的特點，又具有頻域構造良好的頻譜特性，經過收發(fā)兩端數(shù)字濾波器處理后仍能保持良好的互相關性能，有助于提高系統(tǒng)同步捕獲階段參數(shù)估計的準確性。 二、針對MIMO-OFDM同步捕獲階段之后信號中的剩余載波頻偏和采樣頻率偏差，分析推導了兩種誤差同時存在時的接收信號模型，并以此為基礎提出頻率選擇性衰落信道下基于導頻的FFT后同步誤差提取算

6、法，包括采樣頻率偏差提取和剩余載波頻偏提取，并通過各自的環(huán)路反饋到時域信號中進行補償。該算法的主要優(yōu)點是對多徑和剩余載波頻偏不敏感，能夠在接收信號中存在剩余載波頻偏的情況下分離出采樣頻率偏差，及時有效的實現(xiàn)對接收信號中的同步誤差進行跟蹤。 三、針對一定條件下時變信道近似線性變化的基本特性，給出了MIMO-OFDM系統(tǒng)在時變條件下的信號模型，并分析了由信道時變引起的ICI對接收信噪比的影響，最后通過SISO-OFDM下的研究結果推

7、廣得到了一種基于內插的MIMO-OFDM時變信道估計方法，同時討論了信道估計有效性的約束條件，給出了MIMO條件下導頻設計矩陣的基本標準以及實例。該算法通過內插降低所需估計信道響應參量的數(shù)目，以導頻輔助的形式實現(xiàn)信道參數(shù)的估計，過程中利用了OFDM符號中所有導頻部分子載波互相之間的干擾，從實際效果上降低了等價噪聲干擾的能量。最后通過計算機仿真分析了不同導頻位置、數(shù)量等參數(shù)對估計器性能的影響。該算法可以通過離線計算信道響應系數(shù)的等效轉移矩

8、陣，能夠以比較低的復雜度實現(xiàn)。 四、針對部分編碼速率小于l的正交空時分組碼(Oethogonal Space-Time Block Code：OSTBC)，提出了頻率選擇性衰落信道中基于噪聲子空間的MIMO-OFDM信道半盲估計方法。該方法充分利用了空時分組碼自身的冗余以及編碼正交性，避免了預編碼或插入虛擬子載波等降低系統(tǒng)效率的處理方式。同時通過合理的信號構建與矩陣變換，突破了部分基于二階統(tǒng)計特性的子空間、線性預測等盲估計算法對