多载波多天线MIMO-OFDM系统同步及信道估计算法研究

摘要

有限的频谱资源成为制约移动通信发展的瓶颈，因此在保证可靠传输的前提下，如何提高频谱效率成为当今无线通信领域研究的重点课题；MIMO技术可以在收发天线的原有频段上建立了多个互不干扰，并行的子信道，利用先进的多用户检测技术极大地提高前向和反向链路容量。OFDM抗多径干扰和窄带干扰能力强，频谱利用率高，容易与多址方案相结合。将空时编码技术和MIMO—OFDM 技术两者结合起来，发挥各自地性能特点，能在不增大发射功率和不扩展频带的前提下实现高速数据传输。本文的主要研究内容如下： （1）研究了MIMO—OFDM系统中的同步技术，对基于训练序列的定时同步算法如：Schmidl&Cox算法，Minn&Letaief算法及802.11aWLAN符号同步和P．H．Moose频率偏移算法性能进行了分析比较和仿真；对于802.11aWLAN符号同步算法进行了改进，使之不会受到频率偏移的影响，在有频偏的环境中仍然能够进行自相关同步定时到符号起始点。 （2）仿真分析MIMO信道容量，介绍了MIMO—OFDM系统同步误差模型及同步前导设计原则，研究了适用于MIMO—OFDM系统同步的Mody&Stuber及Schenk&Zelst算法；由于Mody&Stuber算法在Rayleigh衰落信道下容易受到多径ISI干扰，导致同步性能下降。本文提出了一种基于CAZAC训练序列新MIMO—OFDM同步算法，该算法对同步前导结构进行了优化设计，适用于低信噪比衰落Rayleigh信道环境中。 （3）研究了OFDM 一维导频信道估计中的LS算法，MMSE算法及简化的SVD算法并进行了仿真分析对比；研究了IFTT/FFT变换域信道估计算法，并对其进行了改进，设计了一种特殊信道估计帧导频结构，使用NLMS滤波器对IFFT/FFT变换域算法进行滤波，改进算法能够进行自适应滤波跟踪衰落信道变化，性能优于原算法。 （4）最后研究了基于训练序列的时域正交信道估计算法，以避免天线间干扰，并将它应用于2x2MIMO—OFDM系统，采用STBC空时编码，仿真结果表明时域正交训练序列信道估计算法能有效克服天线间干扰，具有良好的性能。