协作传输中的同步问题研究

摘要

协作通信可以有效地组织单天线节点协同工作，以达到多天线系统的分集增益效果，因此在分布式通信系统研究中受到广泛的关注。在很多分布式系统中，由于节点分散、数量较大(如传感器网络)，往往需要中心控制或者节点间通信实现同步协作，这必然导致传输效率的降低。因此，如何设计低复杂度的不依赖中心控制以及节点间信息交换的同步方法，成为了实现高效协作通信的一个重要问题。针对这样的要求，本文分别研究了基于正交频分复用的协作通信系统中的多个时间偏差、多个载波频偏和多个采样频偏的同步问题，并初步建立了一个基于软件无线电平台的协作传输系统。
　　 首先，针对时间偏差和载波偏差问题的共性，本文提出一种通用的预同步策略，建立了一个相应的同步误差分析模型，并对模型的统计特性进行了分析。在这种预同步策略中，各支路的偏差被分别估计，最终的预同步量是各支路偏差估计量的加权和。对模型的理论分析表明，同步误差的采样方差的数学期望和方差在几跳之后是收敛的，并且在一定的条件下(包括协作节点数量、信噪比等)预同步偏差可以被控制在接收系统的容忍范围内。仿真和实验都验证了这个结论。
　　 在此基础上，针对“基于空时编码.正交频分复用的协作传输系统”的结构，提出了一种利用导频信号估计参差载波频偏的方法，使得载波频偏预同步在“基于空时编码-正交频分复用的协作传输系统”中的性能大大提高。
　　 其次，针对采样频偏在正交频分复用系统中所引起的相位偏转在频域的对称特性，提出了一种针对传统正交频分复用系统的采样频偏自消除方法，然后将这种方法与重采样技术相结合，提出了一种适于“基于空时编码-正交频分复用的协作传输系统”的采样频偏自消除方法。仿真结果表明，这种方法不仅能有效地消除采样频偏引起的相位偏转，而且可在频率选择性衰落信道下获得分集增益。
　　 通过上述研究工作，对协作通信中的同步问题有了新的认识。这些新认识对协作通信中的其他同步问题的解决具有借鉴意义。
　　 此外，文本系统介绍了一种软件无线电平台(GNU Radio+USRP)，并详细描述了基于这种平台的“基于空时编码-正交频分复用的协作传输系统”的实现过程，分析了目前的问题以及可能的原因和解决办法。