MIMO-OFDM系统同步方法的研究与应用

摘要

多输入多输出(MIMO)技术因其可提高信道容量和降低误码率的特点而得到广泛的关注与应用。大规模MIMO技术是传统MIMO技术的发展，可提高系统的频谱效率和功率效率，是5G的关键技术之一。在实际应用中，往往将MIMO技术与正交频分复用(OFDM)技术相结合，利用OFDM技术频谱利用率高、抗干扰能力强的特点来提高系统的通信性能。而同步问题是影响MIMO-OFDM系统性能的关键因素，同步技术的有效改善是提高系统稳定性的根本保障。本文针对MIMO-OFDM系统的导频结构和循环前缀(CP)结构的同步问题以及大规模MIMO-OFDM系统的同步问题进行了研究，主要内容包括:
　　首先，针对MIMO-OFDM系统的导频结构及算法提出了改进的同步方法。该同步方法基于GCL序列，以Minn算法为原型设计了一种新的导频结构。先以正负1为基础引入伪随机序列(PN)来改进算法，再以判决函数求得定时同步位置，将其代入公式进行两次相关计算，取其频率偏移的平均值，从而得出较为准确的定时同步准确率和频率偏移量。仿真结果表明，改进的导频结构和算法在定时同步及频偏估计方面均具有良好的性能。
　　然后，提出了一种针对MIMO-OFDM系统CP结构及算法改进的同步方法。该同步方法将CP分为三部分，第一部分采用前一个OFDM符号的头部，二、三部分采用当前OFDM符号的尾部;算法上对第二部分先进行求和取平均，再进行相关运算，对第三部分引入PN序列后再进行相关运算，最后结合二、三部分推导出符号定时同步位置和频偏估计值。仿真结果表明，改进的CP结构和算法在计算量减小的同时系统的同步性能也得到了一定的改善。
　　最后，提出了一种联合导频与CP的大规模MIMO-OFDM同步方法。该同步方法先通过时域导频的相关性求得初步的频率偏移，再对接收数据进行频率补偿，然后根据CP的相关性进一步求得频率偏移，最后对两次频率偏移取均值，从而得到相对精确的频率偏移值。仿真结果表明，通过算法的改进，系统的同步性能得到了相对提高。

目录

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 本文结构

第2章 MIMO-OFDM系统概论

2．1 引言

2．2 MIMO技术基本原理

2．2．1 MIMO技术

2．2．2 大规模MIMO技术

2．2．3 MIMO技术的优缺点

2．3 OFDM技术基本原理

2．3．1 OFDM技术

2．3．2 OFDM技术的优缺点

2．4 OFDM同步技术

2．4．1 OFDM同步原理

2．4．2 OFDM同步算法

2．5 本章小结

第3章 MIMO-OFDM系统同步方法的导频结构及算法改进

3．1 引言

3．2 系统模型

3．3 同步方法分析

3．3．1 GCL序列介绍

3．3．2 Minn符号同步算法介绍

3．3．3 导频结构设计

3．4 同步算法设计及分析

3．5 仿真分析

3．6 本章小结

第4章 MIMO-OFDM系统同步方法的CP结构及算法改进

4．1 引言

4．2 同步方法分析

4．2．1 传统CP有关ML算法的频偏估计分析

4．2．2 CP结构设计

4．2．3 同步算法的改进与分析

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

第5章 联合导频与CP的大规模MIMO-OFDM同步方法

5．1 引言

5．2 大规模MIMO-OFDM系统

5．3 联合导频与CP同步分析

5．3．1 符号设计

5．3．2 结构设计

5．3．3 同步算法改进

5．4 仿真分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文主要工作和创新之处

6．2 进一步工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目

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