毫米波无线局域网同步及信道估计技术研究

摘要

随着无线局域网(WLAN)技术的迅猛发展，对无线局域网标准的制定和研究也从未停止脚步。IEEE802.11系列标准历经802.11a/b/g/n/ac，数据传输速率实现一次又一次的突破，无线局域网的整体性能也进一步提升。但是，随着用户数量越来越多且低频段(2.4/5GHz)频谱资源趋于紧张，势必要开发新的频段来满足用户不断增长的需求，因此，毫米波段得到广泛关注。IEEE802.11ad标准作为60GHz的无线局域网标准，具有相当广阔的市场发展前景。而增强的802.11ad标准引入了MIMO及信道汇聚技术，将传输场景扩展为长距离大时延传输，尽可能地满足用户体验。
　　本文以IEEE802.11ad标准为基础，以增强11ad为向导，研究适合于60GHz无线局域网通信系统要求的同步及信道估计技术。首先，对IEEE802.11ad标准的3种物理层帧结构及适用场景进行介绍，简单描述单载波系统及多载波OFDM系统的基本原理，并对两种系统进行简单的分析比较。然后，基于物理帧前导的短训练(STF)字段，介绍了Schmidl&Cox，Minn及基于格雷序列的时间同步算法。在时间同步的基础上，进行频偏估计和补偿，将L&W，Kay，L&R，Fitz频偏估计算法在11ad信道模型中进行仿真验证。接下来针对增强11ad标准，在大时延、MIMO、信道汇聚场景下，提出一种基于格雷互补序列的E-STF设计方案，并对序列的时间同步及频偏估计性能进行仿真分析。接着，针对前导信道估计(CE)字段，重点分析频域LS信道估计及基于格雷序列的时域相关信道估计算法，仿真表明时域相关算法不仅估计性能优异而且实现复杂度低。根据信道估计得到的结果，对数据进行频域均衡，主要讨论线性均衡ZF和MMSE均衡算法，搭建链路级仿真平台进行验证，因为MMSE算法分析噪声和干扰的影响，均衡性能要略优于迫零算法。最后针对大时延、MIMO、信道汇聚场景，提出一种新的基于格雷互补序列的同步及信道估计训练序列设计方案，该方案将MIMO信道估计转化为多条SISO信道估计，实现简单，而且估计性能较好。同时，可以根据系统的要求，选择不同的零旁瓣长度及序列长度，增加了系统的灵活性和可操作性。