面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的MIMO-OFDM信道估计算法研究与应用

发布时间：2017-10-20 18:50

  本文关键词：面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的MIMO-OFDM信道估计算法研究与应用

  更多相关文章： IEEE 802.11ac MIMO-OFDM 信道估计 IQ不平衡 射频一致性

【摘要】：在无线通信系统中,由于无线信道的时间选择性和频率选择性衰落,接收信号会发生畸变。准确的信道估计能够有效提升整个系统的性能。本文围绕面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的MIMO-OFDM信道估计的研究与应用展开工作。主要内容如下：首先,介绍了信道估计技术的研究现状,引出了研究MIMO-OFDM系统中信道估计的必要性和迫切性。详细介绍了IEEE 802.11ac物理层协议规范及其关键技术,重点阐述了MIMO-OFDM系统的基本原理和特性。其次,对MIMO-OFDM系统中几种典型的信道估计算法进行了归纳总结,并对它们各自的技术优缺点进行了分析和比较。同时,对MIMO-OFDM信道估计中可能用到的各种插值算法进行了研究和改进,并通过仿真给出了各种插值算法的性能。在上述基础上,结合IEEE 802.11ac MIMO-OFDM系统的特性,本文提出了四种改进的MIMO-OFDM信道估计算法。联合噪声估计的LS信道估计算法通过估计和去除信号子空间中的噪声分量,有效地抑制了噪声对信道估计性能的影响。与传统的LS和LMMSE信道估计算法相比,该方法在低信噪比下表现出更优的性能。在无线通信系统中,发射机和接收机两端不可避免地会存在IQ不平衡的情况,IQ不平衡的存在会对信道产生一个镜像干扰,使信道估计的性能恶化。基于这个考虑,本文提出了一种IQ不平衡和信道联合估计算法。该方法首先利用较少的导频信号对IQ不平衡进行估计和补偿,然后再用IQ不平衡补偿过后的训练序列进行信道估计。仿真结果表明本文提出的IQ不平衡和信道联合估计算法能够有效地抑制IQ不平衡对信道的畸变作用,显著改善信道估计的性能,同时,极大地降低系统的误码率。基于频域加窗的MMSE信道估计方法从抑制非整数采样信道的时域CIR泄露的角度出发,首先在频域对CFR进行加窗处理,接着在时域对CIR进行MMSE加权操作,再利用DFT变换得到信道频域响应。相比于传统的MMSE信道估计,该方法具有更低的计算复杂度同时保持与之相当的估计性能。基于导频跟踪的LS信道估计方法充分利用IEEE 802.11ac帧结构训练序列和导频相结合的特点,先用训练序列进行LS信道估计,然后利用估计的信道响应对数据序列进行均衡,最后利用插入在OFDM符号中的导频信号进行残余相位跟踪和补偿。该方法能够很好地跟踪和补偿系统中存在的残余相位,提高系统的整体性能。最后,本文完成了IEEE 802.11ac接收机软件平台的搭建,并依照接收流程对接收机各个模块的设计和实现方法进行了详细描述。将本文提出的信道估计方法应用于实际的接收机中,并以待测件发射的IEEE 802.11ac数据作为输入数据,对发射机的射频一致性进行验证。通过对比艾法斯和本文的射频一致性测试结果,可以证明本文提出的信道估计方案可以较好地工作在WLAN射频一致性测试系统中。
【关键词】：IEEE 802.11ac MIMO-OFDM 信道估计 IQ不平衡 射频一致性
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 WLAN综测技术研究现状10-11
• 1.2.2 信道估计算法研究现状11-13
• 1.3 论文开展的主要工作13-14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第二章 IEEE 802.11ac物理层协议及关键技术16-32
• 2.1 IEEE 802.11ac物理层协议16-27
• 2.1.1 IEEE 802.11ac协议概述16-18
• 2.1.2 IEEE 802.11ac物理层帧结构18-27
• 2.2 MIMO-OFDM系统27-31
• 2.2.1 OFDM基本原理27-30
• 2.2.2 MIMO技术原理30-31
• 2.3 本章小节31-32
• 第三章 MIMO-OFDM系统信道估计经典算法研究32-46
• 3.1 MIMO-OFDM信道估计研究现状32
• 3.2 MIMO-OFDM系统模型32-33
• 3.3 LS信道估计方法33-34
• 3.4 MMSE信道估计方法34-35
• 3.5 基于SVD的信道估计方法35-39
• 3.6 基于DFT的信道估计方法39-40
• 3.7 仿真结果与分析40-41
• 3.8 插值方法41-43
• 3.8.1 线性插值41-42
• 3.8.2 二阶插值42
• 3.8.3 三阶多项式插值42-43
• 3.8.4 DFT内插43
• 3.9 仿真结果与分析43-44
• 3.10 本章小节44-46
• 第四章 基于IEEE 802.11 ac MIMO-OFDM信道估计算法研究46-68
• 4.1 联合噪声估计的LS信道估计方法46-51
• 4.1.1 基本原理46-49
• 4.1.2 仿真结果与分析49-51
• 4.2 IQ不平衡和信道联合估计算法51-56
• 4.2.1 基本原理51-53
• 4.2.2 仿真结果与分析53-56
• 4.3 基于频域加窗MMSE信道估计方法56-63
• 4.3.1 基本原理57-61
• 4.3.2 仿真结果与分析61-63
• 4.4 基于导频跟踪的LS信道估计方法63-66
• 4.4.1 基本原理63-64
• 4.4.2 仿真结果与分析64-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 信道估计在IEEE 802.11ac射频一致性测试系统中的应用68-88
• 5.1 射频一致性测试系统的硬件平台68-71
• 5.1.1 PXI模块化仪器68-70
• 5.1.2 待测件70-71
• 5.2 射频一致性测试系统的软件实现71-77
• 5.2.1 帧捕获模块72-73
• 5.2.2 同步模块73-75
• 5.2.3 信道估计模块75
• 5.2.4 SIG字段解析模块75-76
• 5.2.5 相位跟踪模块76-77
• 5.3 射频一致性测试指标77-81
• 5.3.1 发射功率电平77
• 5.3.2 发射频谱模板77-78
• 5.3.3 发射频谱平坦度78-79
• 5.3.4 发射时的中心频率容限79
• 5.3.5 发射调制精度79-81
• 5.4 MIMO-OFDM信道估计算法的实现与EVM指标分析81-83
• 5.5 射频一致性测试结果83-86
• 5.6 本章小节86-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-98
• 攻读硕士期间发表的论文和科研成果98

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本文编号：1068781