LTE通信系统中OFDM-MIMO的时频同步算法研究

发布时间：2017-12-23 22:40

  本文关键词：LTE通信系统中OFDM-MIMO的时频同步算法研究　出处：《成都理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用,其原理是把信道划分为多个相互正交的子信道,把串行的快速数据流转化为并行的慢速数据流,并分配到各个子信道上进行传送,正交的子信道不仅可以降低信道间的干扰,而且每个子信道的带宽均远小于信道的带宽,因此每个子信道可看做平坦性衰落。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)即多输入多输出,其原理是在收发两端使用多条天线进行信号的发送和接收,它可以在不增加发射功率和频谱的条件下提高系统的通信负载,同时多天线技术产生的多径分量,可避免甚至消除多径效应的影响。OFDM-MIMO系统将多天线和正交频分复用技术联合起来,即在有限频宽和发射功率条件下,利用多天线技术提升通信容量;利用正交频分复用技术将数据在传送过程中所受衰减程度降到最低。OFDM-MIM0系统将OFDM和MIMO的优势互补、取长补短,从而具有较高的频谱利用率和可靠的数据传送,是无线通信技术研究的重大突破。时频同步算法作为OFDM-MIMO系统中的关键技术,只有准确的频偏估计,方可严格保障多载波间的正交性,才能发挥出OFDM的优势;在多径衰落信道中由于多径时延的影响,会使有效数据符号起始位置产生偏移。因此,没有高效和精确的时频同步算法,OFDM-MIMO的技术优势将成为泡影。现有的同步技术适用场景较为理想和单一,缺乏多场景的兼容性;同时存在运算量庞大、训练序列构造负担重,部分算法甚至忽略了整数倍频偏对符号定时影响的问题。针对这些问题本文在不改变同步性能的条件下,对算法进行了优化、精简并研究了整数倍频偏对符号时间定位的影响。对于相互正交的子载波信号,在无线移动端的多普勒(Doppler)效应下容易引起频率偏移,同时收发两端因振荡频率不同也会产生频差,这些频率偏移均将影响OFDM的载波之间的正交性性,造成载波干扰(ICI)。根据当前的研究状况发现,相关的频偏估计算法运算量大、耗时长且准确性有待提高,仍然需进行算法的优化、精简并进一步提高同步的准确性。信号在多入多出的信道中传输时,由于多径时延以及整数倍频偏均会产生随机时间延迟,使有效数据的起始位置发生改变,从而造成符号干扰(ISI)。目前的符号同步方案在训练序列的构造上负担较重,甚至遗漏了整数倍频偏对符号同步的影响,因而,一种轻量和考虑周全的时间同步算法的研究必不可少。目前的时频同步算法具有一定的局限性,即要么只适合AWGN信道要么仅适合多径衰减信道,缺少一种性能优越且通用性较强的时频同步算法。分析最新基于WPS的改进算法发现,其整数倍频偏估计存在较大问题,误差超出可接受范围,且整个方案的运算量庞大,计算复杂。本文针对这种情况进行了深入的分析、假设、理论推算和多次仿真,以优化该算法运算量,缩短处理时间并修正整数倍频偏估计值。通过对当前及传统的时频同步算法的研究,得出了适配各种通信场景的最优时频同步算法,掌握了所使用的训练序列的结构及构造方法,可方便其他学者继续深入研究,同时也提高了算法的完整性和可用性;对于计算量庞大、运算复杂的时频同步算法,在不改变同步性能的前提下,经过推算、合并和仿真验证进行了优化和精简,从而降低了其复杂度,提高了该算法的处理速度;对于考虑不周全和同步误差较大的同步算法,增加了处理程序并进行了多次试验,提出了相应的修正方案。最后通过MATLAB进行了信道的模拟、算法实现和仿真验证,经过上千次的仿真,时频同步算法的准确性和可靠性得到了明显提升。该论文不仅丰富和完善了无线通信中时频同步算法的研究,而且为未来的5G通信的相关技术也提供了强有力的参考,但是MATLAB的仿真环境与实际通信场景仍然存在较大差异,改进算法有待应用测试和实际考验。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5

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