MIMO-OFDM系统中同步与信道估计研究

论文摘要

多输入多输出（MIMO）和正交频分复用（OFDM）技术能够更充分地利用有限的频谱资源提供可靠的宽带数据业务,成为当前的研究热点,被认为是B3G/4G以及未来宽带无线移动通信系统最有希望的物理层技术。论文在系统分析MIMO-OFDM无线通信系统基本理论的基础上,研究了MIMO-OFDM系统的同步与信道估计这两项关键技术和算法,主要工作如下:1、对无线移动信道的数学模型与建模方法进行研究,重点讨论了MIMO相关信道模型。2、研究了MIMO-OFDM系统基于训练序列的定时同步与频偏同步算法,设计了MIMO-OFDM无线局域网的同步方案。该方案利用了时域正交的前导序列,时间同步方面运用了延时自相关算法,频偏同步方面利用了前导的时频相关特性,计算机仿真结果与分析表明,这种同步方案复杂度低,估计精度高。3、为进一步提高传统的帧检测算法的检测精度,提出了一种改进的帧检测算法,获得的归一化判决值是三角形状,相比于传统算法的归一化判决值存在9个短序列长度的平坦区,易于找到峰值点。4、分别研究了MIMO-OFDM系统中基于训练序列与基于导频的信道估计方案问题。对基于训练序列的信道估计方案,在讨论了MIMO-OFDM系统中训练序列设计的基础上,分别对LS时域估计、LS频域估计、LMMSE估计算法和基于SVD分解的低阶LMMSE估计算法进行了研究。并进行了计算机仿真,对这些算法估计精度、计算复杂度进行了全面的分析与比较。对于基于导频的信道估计方案,介绍了导频符号的正交性设计与几种内插滤波方法,接着利用频域LS估计算法计算机仿真了线性内插、高斯内插、变换域内插算法。并对这三种内插算法的性能、计算复杂度进行了分析与比较。论文研究表明,对于基于MIMO-OFDM无线局域网的改进帧检测算法比传统算法易于判决,并且设计的MIMO-OFDM无线局域网的同步方案是有效的。对于MIMO-OFDM系统的信道估计问题,通过对MIMO-OFDM系统中训练序列与导频设计的研究,各种估计算法与滤波算法的分析比较,从而对MIMO-OFDM无线系统信道估计方案的选择具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 无线移动通信的发展概况
• 1.2 OFDM 技术简介
• 1.3 MIMO 技术简介
• 1.4 MIMO-OFDM 无线通信系统
• 1.5 论文结构与内容安排
• 2 无线信道模型
• 2.1 无线信道概述
• 2.2 小尺度衰落信道
• 2.2.1 多径效应
• 2.2.2 多普勒效应
• 2.2.3 空间效应
• 2.3 常用衰落信道仿真模型
• 2.3.1 抽头延迟线模型
• 2.3.2 Jakes 信道模型
• 2.4 MIMO 相关信道模型
• 2.5 本章小结
• 3 MIMO-OFDM 系统中定时同步与频率同步
• 3.1 MIMO-OFDM 信号模型与同步误差模型
• 3.1.1 MIMO-OFDM 信号模型
• 3.1.2 MIMO-OFDM 系统同步误差模型
• 3.2 典型的MIMO-OFDM 系统定时同步和频率同步方法介绍
• 3.2.1 MIMO-OFDM 系统的最优前导序列分析
• 3.2.2 Mody 提出的同步方法
• 3.2.3 Schenk & Zelst 提出的同步方法
• 3.3 基于MIMO-OFDM 的无线局域网同步方案
• 3.3.1 前导结构和同步流程
• 3.3.2 改进的帧检测算法
• 3.3.3 时域频偏估计算法
• 3.3.4 频域频偏估计算法
• 3.3.5 符号定时同步算法
• 3.3.6 实验仿真与结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 MIMO-OFDM 系统中信道估计
• 4.1 常用的信道估计算法
• 4.1.1 最小二乘估计算法
• 4.1.2 最小均方误差估计算法
• 4.1.3 最大似然估计算法
• 4.2 基于训练序列的信道估计
• 4.2.1 基于训练序列的LS 估计算法
• 4.2.2 基于训练序列的LMMSE 估计算法
• 4.2.3 基于SVD 的简化LMMSE 估计算法
• 4.2.4 实验仿真与结果分析
• 4.3 基于导频的信道估计
• 4.3.1 导频符号的设计
• 4.3.2 内插滤波方法
• 4.3.3 基于梳状导频符号的频域LS 估计
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录