無線自組網(wǎng)協(xié)作分集通信中的頻率同步技術(shù)研究.pdf

1、下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究工作將朝著“無論何時(shí)、何地、可與任何人通信”的最高目標(biāo)發(fā)展,無線自組網(wǎng)則被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。無線環(huán)境中的衰落使得自組網(wǎng)通信系統(tǒng)的性能受到嚴(yán)重影響,將協(xié)作分集通信應(yīng)用于自組網(wǎng)中,能夠充分利用自組網(wǎng)多節(jié)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)來獲取空間分集度,提高通信的可靠性,增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量,因此,將協(xié)作分集通信和自組網(wǎng)設(shè)計(jì)相結(jié)合具有很大的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文對(duì)OFDM自組網(wǎng)通信系統(tǒng)中引入?yún)f(xié)作分集

2、技術(shù)所碰到的多節(jié)點(diǎn)頻偏問題展開研究。文章在定量地分析了頻偏對(duì)DOSTBC-OFDM(基于分布式正交空時(shí)碼的OFDM)系統(tǒng)性能的影響的基礎(chǔ)上,提出了一種適用于TDMA自組網(wǎng)環(huán)境下的頻率互同步機(jī)制,解決了協(xié)作分集通信中遇到的多節(jié)點(diǎn)頻偏問題。該方法有別于現(xiàn)有文獻(xiàn)的多節(jié)點(diǎn)頻偏補(bǔ)償方法,為協(xié)作分集技術(shù)在自組網(wǎng)中的實(shí)用化提供了一種新的思路。論文的主要研究成果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　 1、研究了多節(jié)點(diǎn)頻偏對(duì)DOSTBC-OFDM系統(tǒng)性能的影

3、響,推導(dǎo)出分布式正交空時(shí)編碼在各中繼信道增益不相等情況下的PEP性能,以及BER性能,并給出閉合表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,分析了多節(jié)點(diǎn)頻偏對(duì)DOSTBC-OFDM系統(tǒng)BER性能的影響,推導(dǎo)了在各子載波不相關(guān)情況下系統(tǒng)的BER表達(dá)式。
　　 2、研究并改進(jìn)了OFDM載波頻偏估計(jì)方法。在載波頻偏(CFO)估計(jì)方面,提出一種基于訓(xùn)練序列的最大似然頻偏估計(jì)的快速算法,將算法搜索的計(jì)算量從原始的O(N3)降低到O(N2/2log2N)。由于訓(xùn)練

4、序列的長度限制,CFO估計(jì)不盡準(zhǔn)確,依然存在殘余頻偏(RFO)。針對(duì)RFO提出最大似然殘余頻偏估計(jì)方法,它能夠充分利用OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)殘余頻偏進(jìn)行盲估計(jì),從而大大提高頻偏估計(jì)的精度,仿真結(jié)果表明估計(jì)精度在AWGN信道、瑞利多徑信道下的改善分別可達(dá)近4個(gè)數(shù)量級(jí)、1個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　 3、利用自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的平等性和無中心性,提出頻率互同步方法。同時(shí)給出算法收斂的充要條件,推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)頻率終值表達(dá)式,并證明了算法的收斂速度由權(quán)值矩陣W

5、的特征值中模值次大的值|λ2(W)|決定。此外,考察了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c算法收斂性以及收斂速度的關(guān)系,證明了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有且只有一個(gè)獨(dú)立強(qiáng)連通子圖,并且在該獨(dú)立強(qiáng)連通子圖中至少存在一個(gè)帶環(huán)的節(jié)點(diǎn),那么頻率互同步算法收斂。
　　 4、考察了頻率互同步算法在存在頻偏估計(jì)誤差和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘓鼍跋碌男阅堋?duì)于頻偏估計(jì)有誤差的情況,采用頻率平均均方誤差來衡量網(wǎng)絡(luò)的同步性能,估計(jì)出了它的上界和下界,而后進(jìn)一步分析了節(jié)點(diǎn)的環(huán)權(quán)值對(duì)網(wǎng)絡(luò)的同步性能以及網(wǎng)絡(luò)頻率

6、漂移速度的影響:增大節(jié)點(diǎn)環(huán)的權(quán)值,可以獲得更高的全網(wǎng)頻率同步精度和更小的網(wǎng)絡(luò)頻率漂移速度。
　　 對(duì)于存在頻偏估計(jì)誤差并且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓那闆r,從穩(wěn)定性角度對(duì)頻率互同步算法進(jìn)行分析,給出了算法穩(wěn)定的一個(gè)充分條件:(1)在任意時(shí)刻,網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩陣是一個(gè)對(duì)角線全正的隨機(jī)矩陣,并且其非零元素都大于一個(gè)給定的正常數(shù)。(2)存在著一個(gè)常整數(shù)q＞0,從任意時(shí)刻開始的連續(xù)q個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟⒓且粋€(gè)強(qiáng)連通帶環(huán)有向圖。
　　 5、設(shè)計(jì)了硬