下一代WLAN系统中基于新型导频图案设计的频偏纠正技术研究

摘要

近几个世纪以来，特别是第三次科技革命至今，网络化、智能化用户终端前所未有的普及，让人们对无线网络越来越依赖，尤其是对高吞吐率高带宽的廉价无线局域网需求与日俱增。然而频率资源是一种宝贵的资源，十分有限，因此采用频带资源利用率较高的通信技术，在当今社会显的十分必要。
　　正交频分复用多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)是FDMA和OFDM技术的衍生技术，同一般的OFDM系统类似，它具有高速传输条件下的高频谱效率、非视距传输效果好、抗噪声和多径衰落能力强、灵活的进行调制和功率参数设置等优势，已被高清移动电视以及无线局域网802.11系列标准广泛采用，并已成为移动LTE系统和IEEE802.11 ax下一代WLAN系统的关键技术之一。但OFDMA系统的高性能，是建立在子载波正交的基础上，然而对同步误差特别敏感是OFDMA技术的天然缺陷，尤其是对子载波间的频率偏移(Carrier Frequency Offsets，CFO)很敏感，因为即使很少量的CFO存在于系统中，也会使不同载波间的正交性遭到一定程度破坏，因此造成OFDMA系统的多个用户相互干扰以及用户内各子载波相互的干扰(Inter Carrier Interference，ICI)，系统的性能严重恶化。为了提高系统性能，需要对OFDMA系统的收发端进行精准的频率同步，来降低多用户系统中存在的干扰、提高OFDMA系统的通信能力、增加系统可靠性，具有非常重要的现实意义。
　　论文研究了采用间隔的梳状导频(pilot)进行频偏估计的同步算法，采用时频域间隔的pilot进行CFO估计，可以有效的避免采用训练符号进行CFO估计时，占用过多的时频资源。且估计性能好。然而采用导频进行系统CFO估计时的性能，受导频图案中导频子载波位置的影响比较大，尤其是当系统在频率选择性信道条件下运行时，相邻导频子载波的位置间隔大于系统最大多径时延的倒数时，系统性能严重下降。IEEE802.11 ax下一代WLAN系统，采用多用户的OFDMA技术，应用资源单元(Resource Unit，RU)的块状子载波分配方案。以20MHz带宽为例，每个基本的资源单元块(RU)由26个连续的子载波（其中24个用户数据子载波，2个专用导频子载波）构成，任意两个相邻的资源单元(RU)间存在一个公共的pilot。本文从对RU中的pilot子载波位置研究出发，通过研究调整pilot子载波位置，来提升系统信道估计和CFO估计的性能。经过推导，提出了两种设计方案，即，等间隔的导频图案设计和近似等间隔导频簇的导频图案设计。文章最后通过研究一种MIMO-OFDM上行链路CFO估计算法，扩大了该算法的适用范围，很好的解决了OFDMA系统在较小残留频偏下的CFO估计性能，并通过多个Matlab仿真实验，来验证本文所设计的新型导频图案设计在该CFO改进算法中的高效性能。

目录

声明

摘要

英文缩略语表

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 无线局域网的发展历程

1．3 论文的主要工作

第2章 OFDM及OFDMA系统

2．1 OFDM系统

2．1．1 系统模型

2．1．2 OFDM系统的基本原理

2．1．3 正交多载波系统实现的关键点

2．1．4 正交多载波系统的优缺点

2．2 OFDMA系统

2．2．1 系统简介

2．2．2 系统模型

2．2．3 OFDMA子载波分配方式

2．2．4 上行链路信号模型

2．2．5 OFDMA系统关键技术

2．3 本章小结

第3章 导频图案设计及基于导频的CFO频偏估计研究

3．1 导频图案设计

3．1．1 最优导频序列设计研究

3．1．2 传统导频图案

3．1．3 最优导频设计准则

3．2 CFO频偏估计算法研究

3．2．1 频偏估计算法研究现状

3．2．2 CFO对系统的影响

3．2．3 时域CFO估计技术

3．2．4 频域CFO估计技术

3．3 本章小结

第4章 下一代WLAN导频图案设计及上行OFDMA的CFO估计算法

4．1 IEEE802．11ax中OFDMA子载波分配方案

4．2 采用802．11ah的导频图案设计

4．3 按照传统均匀导频准则设计的802．11ax导频图案

4．4 802．11ax中基于等间隔导频图案的改进方案及仿真对比

4．4．1 802．11ax中基于等间隔导频图案的改进方案

4．4．2 仿真实验对比

4．5 基于导频的频偏纠正技术研究

4．5．1 新型导频图案在下行OFDMA频偏纠正中的应用

4．5．2 上行OFDMA残留子载波频偏跟踪估计算法研究

4．6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果