無線OFDM系統(tǒng)訓(xùn)練序列設(shè)計與頻偏估計技術(shù)研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用技術(shù)和多輸入多輸出技術(shù)都是新一代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。二者相結(jié)合可以得到MIMO-OFDM系統(tǒng)，它能提供更好的傳輸質(zhì)量、更高的數(shù)據(jù)速率，具有更為廣闊的應(yīng)用前景。但是，OFDM系統(tǒng)對載波頻偏很敏感，很小的載波頻偏都將導(dǎo)致OFDM接收機(jī)性能的顯著下降。因此，準(zhǔn)確的載波頻偏估計是OFDM系統(tǒng)正常工作的前提。論文對OFDM系統(tǒng)中的載波頻偏估計及相應(yīng)的訓(xùn)練序列設(shè)計技術(shù)做了深入的研究。 首先，從單天線OFDM系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列

2、設(shè)計與頻偏估計問題入手，提出通過具有良好性質(zhì)的Chu序列來生成頻偏估計訓(xùn)練序列，并構(gòu)造了一種全新的頻域訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)，進(jìn)而從理論上詳細(xì)分析了該種新結(jié)構(gòu)；將峰均功率比問題引入頻偏估計訓(xùn)練序列設(shè)計領(lǐng)域，并研究出一種低計算復(fù)雜度且能顯著降低訓(xùn)練序列峰均功率比的新方法。從最大似然估計理論出發(fā)，充分利用訓(xùn)練序列中高能量導(dǎo)頻不等間距的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計了針對該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的頻偏估計查找表，顯著降低了整數(shù)頻偏估計的復(fù)雜度；利用訓(xùn)練序列中由Chu序列生成的等間距

3、導(dǎo)頻，實(shí)現(xiàn)高精度小數(shù)頻偏估計，理論上分析出采用Chu序列在對抗無線信道多徑效應(yīng)方面的顯著優(yōu)勢。通過廣泛全面的計算機(jī)仿真，驗(yàn)證了所提出訓(xùn)練序列、序列結(jié)構(gòu)及頻偏估計算法的有效性、可靠性。 隨后，將單天線OFDM系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列設(shè)計與頻偏估計問題擴(kuò)展到更具挑戰(zhàn)性的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，對頻率選擇性衰落信道中適于MIMO-OFDM頻偏估計的訓(xùn)練序列做了深入的探討，研究出基于Chu序列來設(shè)計MIMO-OFDM頻域訓(xùn)練序列的新方法，利用

4、序列結(jié)構(gòu)信息、循環(huán)矩陣的分解、變量乘積的分解、矩陣秩的性質(zhì)，首次從理論上系統(tǒng)全面地分析出MIMO-OFDM系統(tǒng)基于訓(xùn)練序列的頻偏估計一致性問題。與該種序列及結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，提出首先估計整數(shù)頻偏然后估計小數(shù)頻偏，并從理論上分析出將頻偏分為整數(shù)頻偏與小數(shù)頻偏分別進(jìn)行估計的可靠性，從而為該種低復(fù)雜度頻偏估計實(shí)現(xiàn)方案找到了理論依據(jù)，進(jìn)而得到了兩個訓(xùn)練序列設(shè)計準(zhǔn)則：利用訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將小數(shù)頻偏估計與ULA中的DOA估計聯(lián)系起來，進(jìn)一步利用所設(shè)計

5、的幾何映射及相應(yīng)矩陣的列共軛對稱屬性，將相應(yīng)的復(fù)系數(shù)多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換為實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式，進(jìn)而分析出小數(shù)頻偏可通過相應(yīng)實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式方程的根而估計出來：推導(dǎo)山頻偏估計的CRB，進(jìn)而得到頻偏估計的EMCB界，從而評估了相應(yīng)頻偏估計算法的性能。 最后，根據(jù)上述MIMO-OFDM頻域訓(xùn)練序列，深入地分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于多項(xiàng)式建模的頻偏估計問題，進(jìn)而研究出兩種簡化的MIMO-OFDM頻偏估計算法。設(shè)計訓(xùn)練序列使其結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)臈l件，根據(jù)

6、相應(yīng)矩陴的Hermitian屬性和實(shí)對稱屬性，分析出代價函數(shù)多項(xiàng)式方程根的成對性，進(jìn)而分析出整數(shù)頻偏與小數(shù)頻偏可同時通過直接多項(xiàng)式求根方法估計出來：通過對導(dǎo)數(shù)多項(xiàng)式求根方法與直接多項(xiàng)式求根方法的深入分析，揭示出二者在估計上的等效性以及后者在實(shí)現(xiàn)上的優(yōu)越性，從而突破了新近文獻(xiàn)中的常規(guī)看法。從多元統(tǒng)計分析理論出發(fā)，利用訓(xùn)練序列的良好相關(guān)屬性，對代價函數(shù)多項(xiàng)式的階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行因子分解，進(jìn)一步利用Vandermonde矩陣秩的性質(zhì)，從理論上分析出通