本文關(guān)鍵詞：LTE通信系統(tǒng)中OFDM-MIMO的時頻同步算法研究　出處：《成都理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用,其原理是把信道劃分為多個相互正交的子信道,把串行的快速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為并行的慢速數(shù)據(jù)流,并分配到各個子信道上進(jìn)行傳送,正交的子信道不僅可以降低信道間的干擾,而且每個子信道的帶寬均遠(yuǎn)小于信道的帶寬,因此每個子信道可看做平坦性衰落。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)即多輸入多輸出,其原理是在收發(fā)兩端使用多條天線進(jìn)行信號的發(fā)送和接收,它可以在不增加發(fā)射功率和頻譜的條件下提高系統(tǒng)的通信負(fù)載,同時多天線技術(shù)產(chǎn)生的多徑分量,可避免甚至消除多徑效應(yīng)的影響。OFDM-MIMO系統(tǒng)將多天線和正交頻分復(fù)用技術(shù)聯(lián)合起來,即在有限頻寬和發(fā)射功率條件下,利用多天線技術(shù)提升通信容量;利用正交頻分復(fù)用技術(shù)將數(shù)據(jù)在傳送過程中所受衰減程度降到最低。OFDM-MIM0系統(tǒng)將OFDM和MIMO的優(yōu)勢互補(bǔ)、取長補(bǔ)短,從而具有較高的頻譜利用率和可靠的數(shù)據(jù)傳送,是無線通信技術(shù)研究的重大突破。時頻同步算法作為OFDM-MIMO系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù),只有準(zhǔn)確的頻偏估計,方可嚴(yán)格保障多載波間的正交性,才能發(fā)揮出OFDM的優(yōu)勢;在多徑衰落信道中由于多徑時延的影響,會使有效數(shù)據(jù)符號起始位置產(chǎn)生偏移。因此,沒有高效和精確的時頻同步算法,OFDM-MIMO的技術(shù)優(yōu)勢將成為泡影�，F(xiàn)有的同步技術(shù)適用場景較為理想和單一,缺乏多場景的兼容性;同時存在運(yùn)算量龐大、訓(xùn)練序列構(gòu)造負(fù)擔(dān)重,部分算法甚至忽略了整數(shù)倍頻偏對符號定時影響的問題。針對這些問題本文在不改變同步性能的條件下,對算法進(jìn)行了優(yōu)化、精簡并研究了整數(shù)倍頻偏對符號時間定位的影響。對于相互正交的子載波信號,在無線移動端的多普勒(Doppler)效應(yīng)下容易引起頻率偏移,同時收發(fā)兩端因振蕩頻率不同也會產(chǎn)生頻差,這些頻率偏移均將影響OFDM的載波之間的正交性性,造成載波干擾(ICI)。根據(jù)當(dāng)前的研究狀況發(fā)現(xiàn),相關(guān)的頻偏估計算法運(yùn)算量大、耗時長且準(zhǔn)確性有待提高,仍然需進(jìn)行算法的優(yōu)化、精簡并進(jìn)一步提高同步的準(zhǔn)確性。信號在多入多出的信道中傳輸時,由于多徑時延以及整數(shù)倍頻偏均會產(chǎn)生隨機(jī)時間延遲,使有效數(shù)據(jù)的起始位置發(fā)生改變,從而造成符號干擾(ISI)。目前的符號同步方案在訓(xùn)練序列的構(gòu)造上負(fù)擔(dān)較重,甚至遺漏了整數(shù)倍頻偏對符號同步的影響,因而,一種輕量和考慮周全的時間同步算法的研究必不可少。目前的時頻同步算法具有一定的局限性,即要么只適合AWGN信道要么僅適合多徑衰減信道,缺少一種性能優(yōu)越且通用性較強(qiáng)的時頻同步算法。分析最新基于WPS的改進(jìn)算法發(fā)現(xiàn),其整數(shù)倍頻偏估計存在較大問題,誤差超出可接受范圍,且整個方案的運(yùn)算量龐大,計算復(fù)雜。本文針對這種情況進(jìn)行了深入的分析、假設(shè)、理論推算和多次仿真,以優(yōu)化該算法運(yùn)算量,縮短處理時間并修正整數(shù)倍頻偏估計值。通過對當(dāng)前及傳統(tǒng)的時頻同步算法的研究,得出了適配各種通信場景的最優(yōu)時頻同步算法,掌握了所使用的訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造方法,可方便其他學(xué)者繼續(xù)深入研究,同時也提高了算法的完整性和可用性;對于計算量龐大、運(yùn)算復(fù)雜的時頻同步算法,在不改變同步性能的前提下,經(jīng)過推算、合并和仿真驗(yàn)證進(jìn)行了優(yōu)化和精簡,從而降低了其復(fù)雜度,提高了該算法的處理速度;對于考慮不周全和同步誤差較大的同步算法,增加了處理程序并進(jìn)行了多次試驗(yàn),提出了相應(yīng)的修正方案。最后通過MATLAB進(jìn)行了信道的模擬、算法實(shí)現(xiàn)和仿真驗(yàn)證,經(jīng)過上千次的仿真,時頻同步算法的準(zhǔn)確性和可靠性得到了明顯提升。該論文不僅豐富和完善了無線通信中時頻同步算法的研究,而且為未來的5G通信的相關(guān)技術(shù)也提供了強(qiáng)有力的參考,但是MATLAB的仿真環(huán)境與實(shí)際通信場景仍然存在較大差異,改進(jìn)算法有待應(yīng)用測試和實(shí)際考驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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