OFDMA频偏与信道估计技术研究及其在IEEE 802.11ax系统下的应用

摘要

随着人们对无线局域网需求的不断提高，WLAN相关标准也一直没有停止研究。从最初的802.11a，802.11b和802.11g标准，以及使用最广的802.11n，到最近的工作在5GHz频段的WLAN标准802.11ac，数据的传输速率一直都在提高，WLAN的整体可靠性也在不断提高。在802.11ac刚刚起步的同时，Wi-Fi联盟和IEEE就联合宣布了对于其继任标准802.11ax的研究。802.11ax不再像以往的WLAN标准，将提升数据最大吞吐量作为最重要的目标，下一代WLAN标准802.11ax的研究重点是以提高无线网络的整体工作效率，提高实际用户体验感为核心目标，将OFDMA技术作为新的关键技术。
　　本文围绕下一代WLAN IEEE802.11ax上行OFDMA多用户系统，对信道估计，均衡以及基于数据导频的频偏估计技术进行了研究。
　　首先，对于下一代WLAN标准IEEE802.11ax的帧结构做了介绍，对OFDM系统的基本原理以及IEEE802.11ax的关键技术OFDMA系统的基本原理进行了描述。结合IEEE802.11ax的需求，对OFDMA的关键技术点进行了简要分析。
　　然后，介绍了IEEE802.11ax标准下的导频图案，对802.11ax上行OFDMA多用户场景下数据子载波的信道估计算法进行了研究，介绍了经典的LS信道估计，LMMSE信道估计，SVD-MMSE信道估计等算法。接下来对于数据子载波部分的信道插值方法进行了研究，经仿真验证表明，在IEEE802.11ax上行OFDMA多用户仿真场景下，LS信道估计算法的性能比其他算法的性能都要差，这是因为LMMSE信道估计算法和SVD-LMMSE算法将噪声影响考虑了进去。对于信道插值算法，在性能和复杂度上DFT算法是最优的，所以DFT插值算法在实际中应用最多。而且仿真结果也表明，对于IEEE802.11ax上行多用户来说，分得资源块数量越多的用户的性能会越好。
　　接着，结合IEEE802.11ax的导频放置与高效的频偏估计算法，在IEEE802.11 ax上行OFDMA多用户场景下进行了仿真验证，采用优越的频偏估计算法，较少的导频开销，可以使得接收端存储开销小，频偏估计性能优异。最后介绍了常用的两种线性均衡算法，仿真结果说明，对于上行OFDMA多用户系统来说，MMSE均衡算法的BER和PER性能与迫零ZF均衡算法相比，不管是对哪个用户来说，都是比较优异的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作及内容安排

第2章 下一代WLAN 802．11ax物理层关键技术

2．1 IEEE 802．11协议族概述

2．2 IEEE 802．11ax物理层关键技术

2．2．1 物理层标准帧结构

2．2．2 OFDM系统的基本原理

2．2．3 OFDMA系统的基本原理

2．3 本章小结

第3章 IEEE WLAN 802．11ax上行OFDMA信道估计

3．1 无线信道特性

3．1．1 无线信道传输衰落特性

3．1．2 无线信道衰落模型

3．2 IEEE 802．11ax仿真平台搭建

3．3 Wi-Fi信道估计导频图案

3．4 导频位置的信道估计算法研究

3．4．1 LS信道估计算法

3．4．2 LMMSE信道估计算法

3．4．3 SVD-MMSE(Singular value decomposition，SVD)信道估计算法

3．5 数据子载波信道估计插值算法研究

3．5．1 线性插值算法

3．5．2 高斯插值算法

3．5．3 DFT插值算法

3．5．4 维纳滤波插值算法

3．5．5 IEEE 802．11ax上行OFDMA多用户信道估计性能

3．6 本章小结

第4章 802．11ax上行OFDMA频偏估计及均衡

4．1 IEEE 802．11ax上行OFDMA多用户频偏估计技术

4．1．1 基于差分相位的增强频偏估计方法

4．1．2 IEEE 802．11ax上行OFDMA基于数据符号的频偏估计技术

4．1．3 仿真性能

4．2 IEEE 802．11ax上行OFDMA多用户信道均衡技术

4．2．1 信道均衡原理

4．2．2 迫零(ZF)均衡算法

4．2．3 最小均方误差(MMSE)均衡算法

4．2．4 IEEE 802．11ax上行OFDMA多用户均衡仿真性能

4．3 本章小结

结论

本文工作总结

未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目