IEEE802.11ah物理层同步与信道估计算法研究

发布时间：2017-08-29 22:45

  本文关键词：IEEE802.11ah物理层同步与信道估计算法研究

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【摘要】：随着物联网和机器间通信技术的高速发展,丰富的应用需求给传统通信技术带来了巨大挑战,统一的物联网标准成为了各大厂商的迫切需求。IEEE802.11ah标准是IEEE组织提出的适合IoT、M2M应用的无线局域网标准,该标准在IEEE802.11系列标准的基础上改进了物理层(PHY)和媒体接入层(MAC),支持超过8000个节点接入,支持超过一公里的覆盖范围,支持大于一年待机时间,工作在1GHz以下的非授权频段。IEEE802.11ah标准目前仍处于草案阶段,是未来物联网领域非常有竞争力的解决方案之一。针对该标准的研究有助于理解物联网的关键技术,为物联网时代的到来做好准备。论文围绕IEEE802.11ah标准展开,研究了IEEE802.11ah标准的传输规范与新特性,重点研究了IEEE802.11ah标准的物理层及其关键技术。主要内容如下:(1)研究了IEEE802.11ah标准的物理层,搭建了符合标准的发射机基带仿真模型,该模型包括PLCP帧前导序列产生模块、加扰模块、纠错编码模块、两倍数据重复模块、交织模块、星座映射模块、固定导频与移动导频的产生模块、IFFT模块、加CP模块、加窗模块等。(2)研究了适合IEEE802.11ah标准的物理层接收机同步算法。针对标准中特有的MCS0-rep2模式,提出了相应的同步算法,具体包括帧捕获、粗频偏估计、细定时同步、细频偏估计等算法。为了解决不同信噪比下帧捕获定时度量不稳定的问题,所提的帧捕获算法对定时度量值进行归一化处理,从而获得了稳定自相关峰值,提高了帧捕获的准确度。为了提高频偏估计的范围和精度,所提的频偏估计算法充分利用了标准中特有的多个长训练序列帧结构,通过不同的长训练序列的两两组合,并进行分阶段估计与补偿,从而获得更优的频偏估计效果。还对所提的同步算法进行了仿真分析,结果表明在不同信噪比情况下的自相关峰值稳定。在信噪比为-5dB,载波频偏为40MHz的情况下,剩余载波频偏低于540Hz。(3)研究了IEEE802.11ah标准物理层的信道估计算法。针对MCS0-rep2模式研究并对比了基于导频和训练序列的信道估计方法。重点分析了IEEE802.11ah标准所提的Traveling Pilot与传统固定导频在严重多普勒频偏下的信道估计性能。结果表明Traveling Pilot可以有效的降低多普勒频偏对信道估计的影响。(4)提出了IEEE802.11ah基带接收机总体方案。该方案适用于MCS0-rep2模式,由同步模块、信道估计模块、SNR估计模块、数据重复模块、Traveling Pilot、子载波映射模块等构成。重点对接收机在不同信道模型、不同调制编码方式下的误码率性能进行了仿真分析。
【关键词】：IEEE802.11ah 物理层 接收机 同步 信道估计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.34
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的主要研究工作及内容安排12-14
• 2 IEEE802.11系列与IEEE802.11ah标准概述14-30
• 2.1 WLAN基本概念14-17
• 2.1.1 IEEE802.11系列标准概述14-15
• 2.1.2 信道划分15-17
• 2.2 IEEE802.11ah标准简介与应用场景17-19
• 2.2.1 IEEE802.11ah标准简介17
• 2.2.2 IEEE802.11ah应用场景17-19
• 2.3 IEEE802.11ah物理层技术介绍19-25
• 2.3.1 频段划分19-20
• 2.3.2 子载波20
• 2.3.3 调制编码方案20-21
• 2.3.4 物理层帧结构21-22
• 2.3.5 标准发射机模型22-24
• 2.3.6 系统参数24-25
• 2.4 IEEE802.11ahMAC层技术介绍25-29
• 2.4.1 媒体接入层概述25
• 2.4.2 支持大量接入节点25-27
• 2.4.3 信道接入27-28
• 2.4.4 低功耗28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 IEEE802.11ah物理层基带信号生成30-42
• 3.1 发射机基带信号产生过程30-39
• 3.1.1 信号域31
• 3.1.2 数据域31-39
• 3.2 信道模型39-40
• 3.3 本章小结40-42
• 4 IEEE802.11ah物理层同步算法42-60
• 4.1 OFDM同步算法概述42-43
• 4.2 非理想估计对接收机影响43-44
• 4.2.1 帧同步偏移的影响43
• 4.2.2 载波频偏的影响43-44
• 4.3 适合IEEE802.11ah的同步算法44-56
• 4.3.1 帧捕获45-51
• 4.3.2 粗频偏估计51-52
• 4.3.3 符号定时52-53
• 4.3.4 细频偏估计53-56
• 4.4 性能仿真56-59
• 4.4.1 仿真参数56
• 4.4.2 定时同步56-58
• 4.4.3 频偏估计58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 IEEE802.11ah物理层信道估计算法60-72
• 5.1 OFDM信道估计概述60-63
• 5.1.1 估计算法60-61
• 5.1.2 估计准则61-62
• 5.1.3 非理想信道估计的影响62-63
• 5.2 基于导频的信道估计63-67
• 5.2.1 IEEE802.11ah导频图案63-64
• 5.2.2 基于导频的信道估计结构64
• 5.2.3 插值方法64-65
• 5.2.4 算法仿真65-67
• 5.3 基于训练序列的信道估计67-68
• 5.4 信道估计算法性能分析68-70
• 5.4.1 固定导频与训练序列的相位补偿68-69
• 5.4.2 多普勒频偏对固定导频估计的影响69
• 5.4.3 Traveling Pilot改善信道估计性能69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 6 接收机方案及其性能分析72-79
• 6.1 接收机总体结构72-75
• 6.1.1 SNR估计73-74
• 6.1.2 Repetition信号的合并74-75
• 6.2 接收机性能仿真75-77
• 6.2.1 MCS0-rep2系统BER性能76-77
• 6.2.2 不同MCS下BER比较77
• 6.3 本章小结77-79
• 7 总结与展望79-81
• 7.1 论文总结79
• 7.2 工作展望79-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 附录87
• A. 作者在攻读学位期间申请的专利目录87
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目87

【共引文献】

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本文编号：755873