無線OFDM系統(tǒng)訓練序列設計與頻偏估計技術(shù)研究.pdf

1、正交頻分復用技術(shù)和多輸入多輸出技術(shù)都是新一代移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術(shù)。二者相結(jié)合可以得到MIMO-OFDM系統(tǒng)，它能提供更好的傳輸質(zhì)量、更高的數(shù)據(jù)速率，具有更為廣闊的應用前景。但是，OFDM系統(tǒng)對載波頻偏很敏感，很小的載波頻偏都將導致OFDM接收機性能的顯著下降。因此，準確的載波頻偏估計是OFDM系統(tǒng)正常工作的前提。論文對OFDM系統(tǒng)中的載波頻偏估計及相應的訓練序列設計技術(shù)做了深入的研究。 首先，從單天線OFDM系統(tǒng)中的訓練序列

2、設計與頻偏估計問題入手，提出通過具有良好性質(zhì)的Chu序列來生成頻偏估計訓練序列，并構(gòu)造了一種全新的頻域訓練序列結(jié)構(gòu)，進而從理論上詳細分析了該種新結(jié)構(gòu)；將峰均功率比問題引入頻偏估計訓練序列設計領域，并研究出一種低計算復雜度且能顯著降低訓練序列峰均功率比的新方法。從最大似然估計理論出發(fā)，充分利用訓練序列中高能量導頻不等間距的結(jié)構(gòu)特點，設計了針對該結(jié)構(gòu)特點的頻偏估計查找表，顯著降低了整數(shù)頻偏估計的復雜度；利用訓練序列中由Chu序列生成的等間距

3、導頻，實現(xiàn)高精度小數(shù)頻偏估計，理論上分析出采用Chu序列在對抗無線信道多徑效應方面的顯著優(yōu)勢。通過廣泛全面的計算機仿真，驗證了所提出訓練序列、序列結(jié)構(gòu)及頻偏估計算法的有效性、可靠性。 隨后，將單天線OFDM系統(tǒng)中的訓練序列設計與頻偏估計問題擴展到更具挑戰(zhàn)性的MIMO-OFDM系統(tǒng)中，對頻率選擇性衰落信道中適于MIMO-OFDM頻偏估計的訓練序列做了深入的探討，研究出基于Chu序列來設計MIMO-OFDM頻域訓練序列的新方法，利用

4、序列結(jié)構(gòu)信息、循環(huán)矩陣的分解、變量乘積的分解、矩陣秩的性質(zhì)，首次從理論上系統(tǒng)全面地分析出MIMO-OFDM系統(tǒng)基于訓練序列的頻偏估計一致性問題。與該種序列及結(jié)構(gòu)相適應，提出首先估計整數(shù)頻偏然后估計小數(shù)頻偏，并從理論上分析出將頻偏分為整數(shù)頻偏與小數(shù)頻偏分別進行估計的可靠性，從而為該種低復雜度頻偏估計實現(xiàn)方案找到了理論依據(jù)，進而得到了兩個訓練序列設計準則：利用訓練序列的結(jié)構(gòu)特點，將小數(shù)頻偏估計與ULA中的DOA估計聯(lián)系起來，進一步利用所設計

5、的幾何映射及相應矩陣的列共軛對稱屬性，將相應的復系數(shù)多項式轉(zhuǎn)換為實系數(shù)多項式，進而分析出小數(shù)頻偏可通過相應實系數(shù)多項式方程的根而估計出來：推導山頻偏估計的CRB，進而得到頻偏估計的EMCB界，從而評估了相應頻偏估計算法的性能。 最后，根據(jù)上述MIMO-OFDM頻域訓練序列，深入地分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)中基于多項式建模的頻偏估計問題，進而研究出兩種簡化的MIMO-OFDM頻偏估計算法。設計訓練序列使其結(jié)構(gòu)滿足適當?shù)臈l件，根據(jù)

6、相應矩陴的Hermitian屬性和實對稱屬性，分析出代價函數(shù)多項式方程根的成對性，進而分析出整數(shù)頻偏與小數(shù)頻偏可同時通過直接多項式求根方法估計出來：通過對導數(shù)多項式求根方法與直接多項式求根方法的深入分析，揭示出二者在估計上的等效性以及后者在實現(xiàn)上的優(yōu)越性，從而突破了新近文獻中的常規(guī)看法。從多元統(tǒng)計分析理論出發(fā)，利用訓練序列的良好相關屬性，對代價函數(shù)多項式的階導數(shù)進行因子分解，進一步利用Vandermonde矩陣秩的性質(zhì)，從理論上分析出通