本文關鍵詞：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》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用,其原理是把信道劃分為多個相互正交的子信道,把串行的快速數據流轉化為并行的慢速數據流,并分配到各個子信道上進行傳送,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)的通信負載,同時多天線技術產生的多徑分量,可避免甚至消除多徑效應的影響。OFDM-MIMO系統(tǒng)將多天線和正交頻分復用技術聯合起來,即在有限頻寬和發(fā)射功率條件下,利用多天線技術提升通信容量;利用正交頻分復用技術將數據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、取長補短,從而具有較高的頻譜利用率和可靠的數據傳送,是無線通信技術研究的重大突破。時頻同步算法作為OFDM-MIMO系統(tǒng)中的關鍵技術,只有準確的頻偏估計,方可嚴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,會使有效數據符號起始位置產生偏移。因此,沒有高效和精確的時頻同步算法,OFDM-MIMO的技術優(yōu)勢將成為泡影�，F有的同步技術適用場景較為理想和單一,缺乏多場景的兼容性;同時存在運算量龐大、訓練序列構造負擔重,部分算法甚至忽略了整數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,對算法進行了優(yōu)化、精簡并研究了整數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)。根據當前的研究狀況發(fā)現,相關的頻偏估計算法運算量大、耗時長且準確性有待提高,仍然需進行算法的優(yōu)化、精簡并進一步提高同步的準確性。信號在多入多出的信道中傳輸時,由于多徑時延以及整數倍頻偏均會產生隨機時間延遲,使有效數據的起始位置發(fā)生改變,從而造成符號干擾(ISI)。目前的符號同步方案在訓練序列的構造上負擔較重,甚至遺漏了整數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)越且通用性較強的時頻同步算法。分析最新基于WPS的改進算法發(fā)現,其整數倍頻偏估計存在較大問題,誤差超出可接受范圍,且整個方案的運算量龐大,計算復雜。本文針對這種情況進行了深入的分析、假設、理論推算和多次仿真,以優(yōu)化該算法運算量,縮短處理時間并修正整數倍頻偏估計值。通過對當前及傳統(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,掌握了所使用的訓練序列的結構及構造方法,可方便其他學者繼續(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、運算復雜的時頻同步算法,在不改變同步性能的前提下,經過推算、合并和仿真驗證進行了優(yōu)化和精簡,從而降低了其復雜度,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行了多次試驗,提出了相應的修正方案。最后通過MATLAB進行了信道的模擬、算法實現和仿真驗證,經過上千次的仿真,時頻同步算法的準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通信的相關技術也提供了強有力的參考,但是MATLAB的仿真環(huán)境與實際通信場景仍然存在較大差異,改進算法有待應用測試和實際考驗。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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