分布式频偏信道中的OFDM关键技术研究

论文摘要

第四代移动通信系统需要进行高速率、高质量的数据传输。分布式MIMO相比于传统的集中式MIMO能够达到更高的信道容量。OFDM具有抗多径能力强、信道均衡复杂度低的特点,将OFDM技术应用于分布式MIMO链路能够使分布式MIMO在频率选择性信道下避免符号间干扰。基于以上事实,分布式MIMO OFDM技术成为了第四代移动通信系统极具竞争力的候选技术。在分布式MIMO OFDM链路中,各个分布发射天线使用独立的本地晶体振荡器,导致各分布发射天线到接收机间具有不同的频率偏移,造成子载波间干扰,这使得分布式MIMO OFDM链路需要采取措施补偿频率偏移。同时,在分布式MIMO OFDM链路中,不仅各分布发射天线到接收机之间的小尺度衰落相互独立,而且大尺度衰落也通常存在差异,这使得分布式MIMO OFDM需要采用功率分配技术优化性能。本文围绕存在多个频率偏移的分布式MIMO OFDM的两项关键技术——频偏补偿与功率分配技术展开研究:首先,在考虑各分布发射天线到接收机之间的信道具有不同频率偏移的情况下,提出了低复杂度的分布式空间复用MIMO OFDM频率偏移校正算法:以最大化每根接收天线上子载波的条件平均信干噪比为准则,校正接收信号中的频率偏移。利用多项式近似法对条件平均信干噪比作近似处理,获得了低复杂度的频偏校正值闭合表达式。与已有的频率偏移校正算法相比,所提算法在性能相当的条件下将复杂度降低了50%或更多。其次,考虑各分布发射天线到接收机之间存在不同的残余频偏,研究了独立功率约束下分布式STBC OFDM各分布发射天线平均发射功率的分配问题。考虑发射机配备两根分布天线、接收机使用判决反馈检测、信号经历多径瑞利衰落,提出最小化残余频偏下链路平均误比特率下界的平均发射功率分配方法。推导了残余频偏下链路的平均误比特率下界,给出了各分布发射天线最优平均发射功率的解析表达式。仿真结果表明,相比于各天线满功率发射的方法,所提方法能够在节省发射功率的同时提高链路的误比特率性能。最后,采用与上述基于独立功率约束的功率分配研究相同的系统模型,同样以最小化平均误比特率下界为目标,研究了存在残余频偏的分布式STBC OFDM链路中基于和功率约束的平均发射功率分配问题。首先证明了在和功率约束下,各分布发射天线的最优平均发射功率之和应为总平均发射功率的上限,然后推导了发射天线间最优平均功率分配因子的闭合表达式。仿真结果表明,与传统的和功率约束下假设频率理想同步的平均发射功率分配方法相比,根据推导的平均功率分配因子分配各分布发射天线的平均发射功率能够有效提升链路性能。本文研究了分布式空间复用MIMO OFDM的频偏补偿技术,并对存在残余频偏的分布式STBC OFDM的平均发射功率分配技术进行了探索,研究结果可应用于分布式MIMO OFDM无线通信系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图目录
• 表目录
• 缩略词表
• 主要数学符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 分布式MIMO
• 1.1.2 OFDM
• 1.2 主要研究内容与贡献
• 1.3 结构与安排
• 第二章 分布式MIMO OFDM频偏补偿与功率分配技术现状
• 2.1 引言
• 2.2 分布式MIMO OFDM的频偏补偿
• 2.2.1 基于校正发射信号载频的频偏补偿
• 2.2.2 基于均衡的频偏补偿
• 2.2.3 基于校正接收信号频率偏移的频偏补偿
• 2.3 分布式MIMO OFDM的功率分配
• 2.3.1 分布式MIMO OFDM的瞬时发射功率分配
• 2.3.2 分布式MIMO OFDM的平均发射功率分配
• 2.4 本章小结
• 第三章 分布式频偏信道中空间复用MIMO OFDM的低复杂度频偏校正
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.2.1 发射信号
• 3.2.2 频率偏移
• 3.2.3 接收信号
• 3.3 频偏校正
• 3.4 复杂度分析
• 3.5 数值与仿真结果
• 3.5.1 正确性验证
• 3.5.2 理论条件平均信干比对比
• 3.5.3 误符号率对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 分布式残余频偏信道中基于独立功率约束的STBC OFDM平均发射功率分配
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 发射信号
• 4.2.2 残余频偏
• 4.2.3 接收信号
• 4.2.4 子载波间干扰
• 4.2.5 判决反馈检测
• 4.3 独立功率约束下的平均发射功率分配
• 4.3.1 平均误比特率下界
• 4.3.2 功率优化分配
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 分布式残余频偏信道中基于和功率约束的STBC OFDM平均发射功率分配
• 5.1 引言
• 5.2 系统模型
• 5.3 和功率约束下的平均发射功率分配
• 5.4 独立功率约束下与和功率约束下平均发射功率分配的区别
• 5.5 仿真结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文贡献
• 6.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻博期间取得的研究成果
• 攻博期间参加的科研项目