协同通信系统中频率与时间同步技术的研究

论文摘要

协同通信，作为一种新兴的通信技术，可以利用多个单天线终端设备实现虚拟的多天线发送环境，从而获得空间分集增益。协同通信技术的出现解决了MIMO技术由于便携式终端很难安装多根天线的硬件限制，因而引起了研究者的广泛关注。本文主要对协同通信系统中载波频率偏移与时间延迟所引起的同步问题进行了研究。首先，介绍了多天线编码技术，比较了传统的空时编码与分布式空时编码的区别，并通过两种分布式空时编码的例子对分布式空时编码进行详细介绍。接着，对协同通信系统中面临的同步问题进行了阐述，具体分析了载波频率偏移（MCFOs）与多时钟偏移（MTOs）对Alamouti编码的性能影响，从而说明了消除频移与时移的必要性。针对大多数协同通信同步的研究仅考虑MCFOs而假设时间完全同步或者研究时间同步时假设载波频率偏移不存在的情况，本文构建了同时存在MCFOs和MTOs的协同通信系统模型，对信道、载波频率偏移与时间延迟进行联合检测的最大似然估计方法进行了研究，并给出了联合估计的Cramer-Rao下界。由于最大似然估计方法的联合检测计算复杂度非常高，本文推导了基于ECM算法和SAGE算法的协同通信载波频率与时间偏移的联合检测方法，减少了系统的计算复杂度。最后，对构建的协同通信系统进行了仿真，仿真结果表明，仅考虑时间偏移或载波频率偏移在该系统下的性能均很差。中继数K=2时，采用最大似然译码方案的SAGE估计与接收机已知MCFOs与MTOs时的误码性能相比略有下降，在高信噪比的情况下约有1dB的差距。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1. 研究背景与意义
• 1.1.1. 无线通信的发展
• 1.1.2. 协同通信的研究意义
• 1.2. 协同通信技术的发展与现状
• 1.3. 主要工作与章节安排
• 第二章 多天线编码技术概述
• 2.1. 无线通信面临的挑战
• 2.1.1. 衰落
• 2.1.2. 分集
• 2.1.3. 多天线编码
• 2.2. 空时编码
• 2.2.1. 空时编码的设计准则
• 2.2.2. 延迟分集码
• 2.2.3. 空时分组码
• 2.3. 本章小结
• 第三章 协同通信技术
• 3.1. 协同通信协议
• 3.1.1. AF协同策略
• 3.1.2. DF协同策略
• 3.1.3. 编码协同策略
• 3.1.4. 自适应协同策略
• 3.2. 协同空时编码
• 3.2.1. 分布式Alamouti编码
• 3.2.2. 一种分布式差分空时编码
• 3.3. 协同通信面临的同步问题
• 3.3.1. 时间同步
• 3.3.2. 载波频率同步
• 3.4. 本章小结
• 第四章 协同系统的频率与时间同步
• 4.1. MCFOs与MTOs对协同编码的影响
• 4.1.1. MCFOs对Alamouti编码的影响
• 4.1.2. MTOs对Alamouti编码的影响
• 4.2. MCFOs与MTOs联合估计的系统模型
• 4.3. 基于AP算法的最大似然估计
• 4.3.1. ML估计
• 4.3.2. 交替投影算法
• 4.4. CRAMER-RAO下界
• 4.5. 最大似然译码
• 4.6. 仿真结果与分析
• 4.7. 本章小结
• 第五章 基于EM类型算法的同步方法
• 5.1. EM及EM类型算法介绍
• 5.1.1. EM算法
• 5.1.2. ECM算法
• 5.1.3. SAGE算法
• 5.2. 基于ECM算法的联合检测
• 5.3. 基于SAGE算法的联合检测
• 5.4. 仿真结果与分析
• 5.4.1. 算法复杂度分析
• 5.4.2. 仿真结果分析
• 5.5. 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及攻读硕士期间的研究成果