一种新利用导引符号MIMO-OFDM同步方法.pdf

一种新的利用导引符号的MIMO-OFDM 同步方法 刘昆明 北京邮电大学电信工程学院，北京（100876 ） E-mail ：lkm2005@126.com 摘 要：MIMO-OFDM是将MIMO和OFDM结合起来的一种新技术，该技术在OFDM无线传 输系统中利用天线阵列实现空间分集，可以充分利用MIMO和OFDM的优势，既能提高分集 增益和系统容量，又能增加频谱利用率，有效对抗频率选择性衰落。MIMO-OFDM技术将成 为第四代移动通信系统(4G)的关键技术.因MIMO-OFDM对时间和频率偏移非常敏感，因此 MIMO-OFDM 同步显得尤为重要。同步技术是MIMO-OFDM的关键技术。本文提出了一种 新的MIMO-OFDM 同步算法，通过设置新的导引符号配置方法，可以在接收端时域得到相同 的两个半段序列，进行时间粗同步和频率同步，频域再根据导引插入规则进行时间精同步。 Matlab仿真结果表明，该算法能实现对多个发射天线时间延迟估计， 适用于各发射天线信 号到达时延不同的情况，具有更广泛的意义，可用于分布式MIMO 系统。 关键词：MIMO-OFDM ，时间同步，频率同步 1．引言 MIMO技术在无线通信系统中链路的发端和收端都使用多个天线，信道的容量随着天线数 的增加线性增大.MIMO系统在不增加带宽和发送信号的功率的情况下,频谱利用率可以成倍 地提高.但是对于频率选择性信道,MIMO技术无能为力. OFDM技术将信道分成若干个正交 子信道，然后将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，并调制到每个子信道上进行传输, 正交信号在接收端可以通过相关技术来分开,这样可以减少子信道间的相互干扰(ICI),这样就 在频域将频率选择性信道转换为多个平坦衰落信道,有效地减少了多径衰落的影响. 因此,将 MIMO和OFDM技术结合,能起到优势互补的良好效果,能提供高速率,大容量的高质量传输, 提高系统的整体性能[1]. 但MIMO-OFDM系统对同步误差很敏感：在多径环境下， MIMO-OFDM系统对时间同步的要求很高；频率同步方面，由于MIMO-OFDM系统可以视 为N个并行的MIMO子系统，因此频偏所引入的ICI会恶化每个子载波的信噪比，从而恶化整 个MIMO-OFDM通信系统的传输性能。对MIMO-OFDM系统来说，时间同步方面，接收端 需要对各个天线上的信号分别进行延时估计和调整。频率同步方面，接收端需要对各个天线 上的信号分别进行频率偏移估计和补偿。传统的MIMO-OFDM 同步算法，未能完全解决这种 情况下的同步问题。这种新的适用于MIMO-OFDM系统的时间频率同步算法考虑了各发射天 线到达时延各不相同的情况，因此具有更广泛意义，可适用于分布式MIMO系统。 2. MIMO-OFDM概述 MIMO-OFDM 是MIMO 和OFDM 两种技术的结合，一方面MIMO 技术可以提高信道的 容量和频谱利用率,MIMO 的空时复用可以将信道多径的不利因素转变为有利因素,即利用空 间分集增益来对抗多径衰落,提高信道的可靠性[3].另一方面,利用 OFDM 技术将频率选择性 衰落信道转换为平坦衰落信道来克服MIMO 信道由于时间扩展引入的频率选择性的影响.同 时,OFDM 技术可以大大降低通信系统接收机的复杂度,也可以通过并行正交子载波的传输提 高频谱利用率,还有另由于 OFDM 每个子载波的码率低,并加入时间保护间隔,使它具有极强 的抗多径干扰能力. 由于多径时延小于保护间隔, 所以系统不受 ISI 的影响[2]. 因 此,MIMO-OFDM 系统充分利用了MIMO 和OFDM 的优势, 可以在不需要增加传输功率和扩 - 1 - 大带宽的前提下提高数据的传输速率，同时还可以消除时延扩展带来的负面效应,其利用时 间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声