MIMO-OFDM同步與信道估計技術(shù)研究.pdf

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

2、層主要傳輸技術(shù)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(jī)復(fù)雜度。 MIMO-OFDM系統(tǒng)涉及的技術(shù)主要包括MIMO信道模型、系統(tǒng)同步、信道估計和空時復(fù)用方案等方面。本論文在國內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，針對MIMO-OFDM系統(tǒng)，以多天線信道為核心，重點(diǎn)研究了其中的系統(tǒng)同步與信道估計問題?；贠FDM技術(shù)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(yán)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(yīng)系數(shù)，能否準(zhǔn)確估計出當(dāng)前信道的響應(yīng)系數(shù)對系統(tǒng)性能起著至關(guān)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(fù)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(chǔ)上，于MIMO-OFDM系統(tǒng)同步和信道估計兩方面進(jìn)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(shí)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(gòu)建的MIMO-OFDM改進(jìn)前導(dǎo)序列，分析了不同參數(shù)對互相關(guān)性能的影響情況

5、，并以此為基礎(chǔ)給出基于前導(dǎo)序列的MIMO-OFDM同步捕獲算法。該正交序列既保持了時域構(gòu)造序列良好正交性的特點(diǎn)，又具有頻域構(gòu)造良好的頻譜特性，經(jīng)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(guān)性能，有助于提高系統(tǒng)同步捕獲階段參數(shù)估計的準(zhǔn)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(dǎo)了兩種誤差同時存在時的接收信號模型，并以此為基礎(chǔ)提出頻率選擇性衰落信道下基于導(dǎo)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(jìn)行補(bǔ)償。該算法的主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對接收信號中的同步誤差進(jìn)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(jié)果推

7、廣得到了一種基于內(nèi)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(dǎo)頻設(shè)計矩陣的基本標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)例。該算法通過內(nèi)插降低所需估計信道響應(yīng)參量的數(shù)目，以導(dǎo)頻輔助的形式實(shí)現(xiàn)信道參數(shù)的估計，過程中利用了OFDM符號中所有導(dǎo)頻部分子載波互相之間的干擾，從實(shí)際效果上降低了等價噪聲干擾的能量。最后通過計算機(jī)仿真分析了不同導(dǎo)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(yīng)系數(shù)的等效轉(zhuǎn)移矩

8、陣，能夠以比較低的復(fù)雜度實(shí)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(yù)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(gòu)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(yù)測等盲估計算法對