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MIMO OFDM系统同步、信道估计与MIMO解码的研究

作　者: 吴远
导　师: 陈抗生
学　校: 浙江大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: MIMO OFDM 空间复用 同步 多接收支路联合同步 MIMO信道估计 MIMO解码 系统容量
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


伴随着无线通信与多媒体应用的不断发展,无线传输系统对传输速率与QoS保证等方面的要求也相应地不断提高。正交频分复用(OFDM)作为一种新型物理层传输技术正越来越受到人们的重视,并被视为下一代移动通信(4G)中的关键技术。OFDM继承了传统MCM中多载波并行调制、符号周期相应增长的特点,在保护间隔或循环前缀的辅助下可以实现准确的符号同步,有效地将原本频率选择性衰落的信道转化为了多个并行平衰落信道使用,从而大大提高了传输效率。 随着对空间多径散射信道容量的研究不断深入,多输入多输出(MIMO)技术吸引了人们越来越多的关注。在当前的多种MIMO系统中,基于空间复用(Space Division Multiplexing)的MIMO系统可以在原有传输带宽和功率消耗的基础上充分利用发射机与接收机之间的多径散射空间信道,在独立或部分独立的信道上并行传输多路独立数据,从而成倍地提高了无线传输的频谱利用效率。 将MIMO技术与OFDM相结合,通过在基带上增加多路并行的OFDM系统可以把传统基于单载波的空间复用MIMO系统扩展成为空间复用MIMO OFDM系统(SDM MIMO OFDM)。SDM MIMO OFDM系统既具有OFDM在频率选择性衰落信道中传输的良好表现,又通过空间复用成倍地提高了原有OFDM系统的传输速率。 本论文工作从基带OFDM系统开始,研究了基带OFDM系统同步模块中帧同步、载波同步与符号同步的处理任务。在完成了帧同步、载波同步算法仿真的基础上,在Xilinx FPGA目标开发平台上完成了帧同步和载波同步硬件模块实现与测试。在载波同步模块的设计过程中,本论文改进设计了ML载波同步算法,提出通过联合相关平均和角度平均来进行载波频率偏差估计。Matlab仿真结果表明在只利用短训练符号进行ML载波同步处理的情况下,使用联合相关平均和角度平均的算法可以比相同相关长度下只使用相关平均的算法获得更为准确的同步估算结果。在相同估计均方误差要求下新算法大约能够节省2-3dB信噪比。进一步的硬件测试结果表明了,在从100kHz-200kHz的6个载波频率偏差测试点上,采用联合相关平均与角度平均估计算法所设计的硬件载波同步模块的频率偏差估算结果与用该算法在Matlab算法级仿真上所获得的结果之间最大误差只有0.33%。 在时域符号同步处理过程中,针对传统交叉相关符号同步算法容易受到载波频率偏差干扰而造成定时位置不准的问题,本论文提出了一种新的对称交叉相关符号同步算法。对称交叉相关符号同步算法通过对称结构有效地消除了符号同步过程中载波频率偏差的干扰,仿真结果表明即使在很大载波频率偏差的情况下,该算法也可以捕捉到准确的符号同步位置。同时对称交叉符号同步算法并不依赖于特殊的训练符号内容,因此可以很容易地被应用到多种OFDM系统中,本论文完成了对称交叉相关算法在802.16a和802.11a两个标准下的性能仿真,结果表明在信道信噪比满足一定条件的情况下该算法都可以获得准确的同步结果。 通过对SISO OFDM系统接收机同步模块处理的深入研究,在将基带SISO OFDM扩展

全文目录


目录  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 MIMO OFDM技术背景概述  9-10
  1.2 MIMO OFDM技术研究现状  10-13
  1.3 本论文主要研究任务  13-15
第二章 无线信道模型  15-21
  2.1 无线信道基本特征  15-19
    2.1.1 路径损耗效应  15-16
    2.1.2 多径衰落效应  16-17
    2.1.3 多普勒频移效应  17-19
  2.2 无线信道建模  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章 基于IEEE802.11a标准的SISO OFDM系统  21-64
  3.1 基带OFDM系统信号模型  21-25
  3.2 基带OFDM接收机帧同步与载波同步算法仿真  25-32
    3.2.1 基带OFDM接收机的帧同步  25-28
    3.2.2 基带OFDM接收机的载波同步  28-32
  3.3 基带OFDM接收机帧同步算法硬件设计与实现  32-43
    3.3.1 目标硬件平台介绍  32-33
    3.3.2 帧同步模块完成功能与采用算法  33
    3.3.3 帧同步模块接口  33-34
    3.3.4 帧同步模块整体框图与各子模块划分  34-40
    3.3.5 帧同步测试模块设计与测试结果  40-43
  3.4 基带OFDM接收机载波同步算法硬件设计与实现  43-55
    3.4.1 载波同步模块完成功能与采用算法  43
    3.4.2 载波同步模块接口  43-44
    3.4.3 载波同步模块整体框图与各子模块划分  44-49
    3.4.4 载波同步模块的扩展  49-51
    3.4.5 载波同步测试模块设计与硬件测试结果  51-55
  3.5 基带OFDM接收机符号同步算法  55-62
    3.5.1 基于IEEE802.11a标准的基带OFDM系统符号同步算法  55-58
    3.5.2 对称交叉相关符号同步算法  58-62
  本章小结  62-64
第四章 基于IEEE802.11a标准的空间复用SDM MIMO OFDM系统  64-100
  4.1 空间复用SDM MIMO OFDM系统概述  64-69
  4.2 空间复用SDM MIMO OFDM系统信号模型  69-70
  4.3 基于IEEE802.11a标准的MIMO系统改进Preamble结构  70-71
  4.4 基带MIMO OFDM系统多接收支路联合帧同步与载波同步  71-80
    4.4.1 基带MIMO OFDM系统多接收支路联合同步概述  71-72
    4.4.2 基带多接收支路联合帧同步  72-75
    4.4.3 基带多接收支路联合载波同步  75-80
  4.5 基于LS算法的MIMO OFDM信道估计算法  80-85
    4.5.1 OFDM系统信道估计概述  80
    4.5.2 基于LS算法的SISO OFDM系统信道估计  80-81
    4.5.3 基于LS算法的MIMO OFDM系统信道估计  81-85
  4.6 空间复用SDM MIMO OFDM系统MIMO解码算法  85-97
    4.6.1 空间复用SDM MIMO OFDM系统MIMO解码概述  85-86
    4.6.2 空间复用SDM MIMO OFDM系统MIMO解码信号模型  86
    4.6.3 空间复用SDM MIMO OFDM系统MIMO解码算法比较  86-96
    4.6.4 各解码算法综合性能比较  96-97
  4.7 空间复用SDM MIMO OFDM传输速率  97-99
  本章小结  99-100
研究总结与展望  100-102
作者读研期间公开发表以及录用的论文  102-103
参考文献  103-106
致谢  106

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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