4G系统中MIMO-OFDM的同步研究

论文摘要

随着无线移动通信的发展,人们对于无线通信系统的传输速率和系统容量提出了越来越高的要求;然而有限的频谱资源成为制约移动通信发展的瓶颈,因此在保证可靠传输的前提下,如何提高频谱效率成为当今无线通信领域研究的重点课题;在此领域,OFDM技术和MIMO技术引起了专家学者的广泛关注;多天线发送多天线接收（MIMO）和正交频分复用（OFDM）两种技术的结合被认为是未来无线宽带通信最有效的传输技术之一,既可以很好的解决未来宽带无线通信系统中信道的多径衰落和带宽效率这两个最严峻的挑战,又能够提高系统容量和传输可靠性,所以MIMO-OFDM成为4G核心技术首选方案,而定时同步和频率同步是影响MIMO-OFDM系统性能的关键因素。本论文对SISO/MIMO-OFDM系统定时同步和频率同步作了深入且较全面的研究,主要工作如下:1)分析了SISO-OFDM系统基本原理,推导了SISO-OFDM系统定时同步和频率同步偏差。2)详细研究了SISO-OFDM系统基于训练序列和基于循环前缀的定时同步典型算法,并提出基于循环前缀的改进算法,还指出了各种算法的优缺点,通过实验仿真说明了各种算法的性能。3)研究了SISO-OFDM系统基于训练序列、基于循环前缀和基于频域导频的几种频率同步算法,并进行了仿真实验和性能分析。4)给出了MIMO-OFDM系统结构和信号模型,分析了MIMO-OFDM系统同步误差模型和前导结构,对几种典型的MIMO-OFDM系统的前导结构进行了详细的讨论。5)提出了一种基于IEEE 802.11a的MIMO-OFDM前导结构和基于相关的优化同步方案,对这种同步方案进行了详细的介绍,并进行了性能仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 移动通信发展历史
• 1.2 4G与其关键技术
• 1.2.1 OFDM技术
• 1.2.2 MIMO技术
• 1.2.3 MIMO与OFDM的结合
• 1.3 课题来源与本文结构
• 第2章 SISO-OFDM系统定时同步和频率同步
• 2.1 OFDM系统介绍
• 2.1.1 OFDM系统基本结构
• 2.1.2 IFFT/FFT实现OFDM调制/解调
• 2.1.3 循环前缀消除符号间干扰（ISI）
• 2.2 OFDM系统定时同步和频率同步偏差分析
• 2.2.1 定时同步偏差
• 2.2.2 频率同步偏差
• 2.3 SISO-OFDM系统定时同步
• 2.3.1 基于训练序列的定时同步
• 2.3.2 基于循环前缀的定时同步
• 2.4 SISO-OFDM系统频率同步
• 2.4.1 基于训练序列的频偏估计
• 2.4.2 基于循环前缀的时域小数倍频偏估计
• 2.5 本章小结
• 第3章 MIMO-OFDM系统定时同步和频率同步
• 3.1 MIMO-OFDM系统介绍
• 3.1.1 MIMO技术的基本原理
• 3.2 MIMO-OFDM系统基本结构
• 3.2.1 MIMO-OFDM信号模型
• 3.2.2 MIMO-OFDM系统同步误差模型
• 3.2.3 MIMO-OFDM系统前导结构
• 3.3 几种典型的MIMO-OFDM系统前导结构
• 3.3.1 Mody等人提出的基于空时分组的前导结构
• 3.3.2 van Zelst A等人提出的基于时域正交的前导结构
• 3.3.3 Zhou En等人提出的前导结构
• 3.4 本章小结
• 第4章 一种基于相关优化的同步方案的设计与实现
• 4.1 基于IEEE802.11a的MIMO系统无线局域网同步方案
• 4.1.1 Liu Jianhua等人提出的同步方案
• 4.1.2 Chi-Yeh Yu等人提出的同步方案
• 4.2 基于相关的优化同步方案的设计
• 4.2.1 前导结构和同步流程
• 4.2.2 帧检测算法
• 4.2.3 时域频偏估计算法
• 4.2.4 频域频偏估计算法
• 4.2.5 符号定时同步算法
• 4.3 实验仿真与结果分析
• 4.3.1 对提出的优化同步方案进行仿真分析
• 4.3.2 OFDM同步的FPGA实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结
• 5.1 本文的主要贡献
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读学位期间发表的论文