寬帶無線通信系統(tǒng)中的載波同步及天線校準(zhǔn)研究.pdf

1、下一代無線通信系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)大帶寬、高傳輸速率、高頻譜利用率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，多載波多天線是一種重要的體系結(jié)構(gòu)。在這種體系結(jié)構(gòu)中，為了克服大帶寬情況下無線信道的頻率選擇性衰落，正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)是一種高頻譜效率的形式，是非常有前途的一種多載波調(diào)制技術(shù)。在OFDM系統(tǒng)中，可以認(rèn)為對每個(gè)子載波而言，信道是平坦衰落的。但是，OFDM技術(shù)應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，

2、存在的致命問題是對載波同步非常敏感，并且峰均比較高。因而，載波同步技術(shù)是OFDM的核心技術(shù)之一。 在下一代無線通信系統(tǒng)中廣泛使用多天線技術(shù)，如多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)、智能天線及分布式天線等，是提高頻譜利用率的非常有效的手段。特別是，作為ITU-R技術(shù)發(fā)展趨勢中定義的智能天線技術(shù)和MIMO技術(shù)，能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。因此，將MIMO技術(shù)

3、與OFDM技術(shù)相結(jié)合，適應(yīng)下一代系統(tǒng)發(fā)展趨勢的要求。MIMO-OFDM技術(shù)是通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用或分集，提高了信號質(zhì)量，它利用了時(shí)間、頻率和空間三種分集技術(shù)，使無線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加。但是，這種結(jié)合并非是兩種技術(shù)簡單的疊加堆積，它們的有機(jī)結(jié)合，引出了諸多新的技術(shù)問題。因?yàn)樵贛IMO情況下，存在多條并行的特性各異的無線信道，使得問題變得非常復(fù)雜。 在多天線系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)

4、，工程上要求天線陣列及射頻通道之間的幅度和相位與理論設(shè)計(jì)相比，具有較小的誤差；而作為核心技術(shù)的智能天線，為了準(zhǔn)確形成波束，對天線陣列和通道有更高的要求。但是，由于加工、器件老化、溫度變化等原因，天線、饋線和由模擬器件組成的射頻通道往往需要校正才能滿足需求。 本文從OFDM的載頻同步技術(shù)入手進(jìn)行研究，針對MIMO-OFDM系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了子波段算法，簡化載波同步的復(fù)雜度；在多天線系統(tǒng)的天線通道校準(zhǔn)方面，本文以要求最為嚴(yán)格的智能天

5、線為研究對象，對該技術(shù)展開了深入的研究，從而可以滿足所有多天線系統(tǒng)的校正需求。通過在實(shí)驗(yàn)平臺上的實(shí)際驗(yàn)證，證明了所提出算法是有效的、實(shí)用的。 本文的主要貢獻(xiàn)如下：(1)對OFDM系統(tǒng)的載波同步進(jìn)行了深入的研究，分析了載波頻率偏移對OFDM系統(tǒng)性能的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于導(dǎo)頻的頻率偏移的估計(jì)算法，分別估計(jì)小數(shù)倍的頻偏(細(xì)估計(jì))和整數(shù)倍的頻偏(粗估計(jì))；推導(dǎo)出一種頻偏差值表達(dá)式；并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的迭代算法進(jìn)行自適應(yīng)跟蹤。仿真結(jié)

6、果表明，提出的細(xì)估計(jì)算法能夠穩(wěn)定地跟蹤小數(shù)倍頻偏，粗頻偏估計(jì)算法也取得了較好性能。 (2)針對MIMO-OFDM無線通信系統(tǒng)中存在多個(gè)不同的載波頻偏情況的模型，提出了一種子波段載波頻偏估計(jì)算法，將多個(gè)頻偏的估計(jì)問題轉(zhuǎn)換為一組單個(gè)頻偏的估計(jì)問題；推導(dǎo)了多個(gè)不同載波頻偏模型的估計(jì)解析表達(dá)式；設(shè)計(jì)了一種新穎的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)以替代傳統(tǒng)的導(dǎo)頻，提高了估計(jì)性能；給出了一種跳變導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善了載波頻偏估計(jì)性能。 (3)在OFDM通信系

7、統(tǒng)中，針對接收端有濾波器的情況，給出了一種利用預(yù)濾波器的統(tǒng)計(jì)量來對MIMO-OFDM信道進(jìn)行盲均衡的算法，通過迭代算法，求解出均衡器的參數(shù)；利用正交相關(guān)矩陣求解出最佳的預(yù)濾波器系數(shù)。 (4)針對多天線系統(tǒng)，以TDD移動(dòng)通信系統(tǒng)為研究對象，在分析了各種天線陣列及通道校準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種陣列天線及通道的在線校正方法。該方法巧妙地設(shè)計(jì)在線校準(zhǔn)方案，在較少增加設(shè)備的情況下，有較高的效率；首次提出采用訓(xùn)練序列作為陣列天線的校準(zhǔn)信號