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多天线通信系统中的同步、均衡和信号检测技术研究

作　者: 董斌
导　师: 仇佩亮；王匡
学　校: 浙江大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多输入多输出(MIMO) 正交幅度调制(QAM) 时分同步码分多址(TD-SCDMA) 正交频分复用(OFDM) 同步均衡多用户检测
分类号: TN925
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 905次
引　用: 2次
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内容摘要

多天线系统是单天线系统的扩展。当通信系统的收发端同时使用多天线的时候,发射机与接收机之间就构成MIMO信道。信息论的结果表明,MIMO信道具有更大的信道容量。这意味着,在带宽和信噪比不变的情况下,多天线系统可以传输更高的数据率。因此对多天线系统进行研究具有重要意义。与单天线系统相同,多天线系统也要解决同步、均衡和信号检测等问题。本文的研究主要集中在这些方面。本文第三章研究了多天线QAM系统的载波同步和信道均衡。第四章研究了多天线TD-SCDMA系统的多用户检测。第五章研究了多天线OFDM系统的时钟同步。在这些章节中,还简要介绍了接收机其他模块的实现方法,以使本章能够构成一套完整的接收系统。如今,用全数字的方法实现通信系统的每个模块已成为一种趋势。因此本文的研究以全数字接收机为背景。另外,在本文的研究过程中,始终以低复杂度为目标。因此本文的研究成果具有较强的实用性。最后简要介绍本文的主要成果:针对多天线QAM系统提出一种可用于频率选择性衰落信道的载波频偏估计算法,这种算法对时钟同步误差不敏感,并可以工作在多倍采样率下;针对多天线QAM系统提出一种低复杂度载波频偏检测算法,这种算法可以与载波相偏检测算法有机地结合在一起;针对多天线QAM系统提出活动抽头判决反馈均衡器的概念,这种均衡器可根据信道情况调节抽头的位置,与传统结构均衡器相比,具有较低的复杂度和较好的性能;针对多天线TD-SCDMA系统提出一种逐符号多用户检测算法,这种算法与传统的联合检测算法相比,大大降低了复杂度;针对多天线OFDM系统提出一种可用于频率选择性衰落信道的时钟频偏估计算法,这种算法可以在存在载波频偏的情况下工作。

全文目录

第一章无线通信技术概览  8-25
  §1.1 无线通信的发展概况  8
  §1.2 无线通信的传输方式  8-18
    1.2.1 无线通信的主要问题和解决方案  8-9
    1.2.2 无线通信的传输方式  9-18
      1.2.2.1 传输方式的多样性  9-10
      1.2.2.2 线性调制  10-11
      1.2.2.3 恒包络调制  11-12
      1.2.2.4 扩频(SS)与码分多址(CDMA)  12-16
      1.2.2.5 正交频分复用(OFDM)  16-18
  §1.3 无线通信的接收技术  18-22
    1.3.1 接收机的任务  18-19
    1.3.2 接收机设计的基本理论  19-20
    1.3.3 全数字接收机的结构  20-22
  §1.4 本文的内容和贡献  22-24
  本章参考文献  24-25
第二章多天线通信的一般理论  25-54
  §2.1 多天线通信的信道容量  25-29
    2.1.1 多输入多输出(MIMO)信道的容量  25-27
    2.1.2 信道容量与天线数的关系  27-28
    2.1.3 仿真结果与说明  28-29
  §2.2 分集技术概述  29-32
    2.2.1 分集的基本概念  29-30
    2.2.2 分集的典型应用  30-31
    2.2.3 空间分集  31-32
  §2.3 空域滤波与空时滤波  32-36
    2.3.1 空域滤波  32-33
    2.3.2 空时联合滤波  33-34
    2.3.3 空时级联滤波  34-36
  §2.4 空时分组编码(STBC)  36-39
    2.4.1 STBC的原理  36-39
    2.4.2 频率选择性衰落信道下的解码方法  39
  §2.5 多天线通信的数学模型  39-46
    2.5.1 基本假设  40
    2.5.2 信道模型  40-41
    2.5.3 空间模型  41-42
    2.5.4 传输模型  42-44
    2.5.5 处理模型  44-46
  §2.6 多天线全数字接收机的结构  46-48
    2.6.1 多天线全数字接收机的结构  46
    2.6.2 平坦衰落信道下的信号检测方法  46-48
  §2.7 本章小结  48-49
  附录Ⅰ  49-50
  附录Ⅱ  50-53
  本章参考文献  53-54
第三章多天线QAM接收机的载波同步和信道均衡  54-87
  §3.1 多天线全数字QAM接收机的结构  54-57
    3.1.1 数学模型  54-56
    3.1.2 多天线全数字接收机的结构  56-57
  §3.2 可用于频率选择性衰落信道的载波频偏估计算法  57-63
    3.2.1 帧头结构  57
    3.2.2 粗略帧同步  57-59
    3.2.3 载波频偏估计算法的原理  59-60
    3.2.4 载波频偏估计的性能  60-63
  §3.3 符号同步与时钟同步概述  63-64
    3.3.1 精确帧同步与符号同步  63-64
    3.3.2 时钟同步  64
  §3.4 低复杂度载波频偏检测算法  64-73
    3.4.1 数学模型  65-66
    3.4.2 几何模型  66-67
    3.4.3 载波频偏检测算法的原理  67-69
    3.4.4 载波频偏检测算法的使用条件  69-70
    3.4.5 载波频偏检测算法与载波相偏检测算法的结合  70-71
    3.4.6 性能分析与仿真结果  71-73
  §3.5 空时活动抽头判决反馈均衡器(DFE)  73-77
    3.5.1 空时均衡器简介  73-75
      3.5.1.1 空时均衡器的分类  73-74
      3.5.1.2 空时DFE的工作特点  74-75
    3.5.2 空时活动抽头DFE的原理  75-77
      3.5.2.1 活动抽头DFE的主要思想  75
      3.5.2.2 信道的相关估计算法  75-76
      3.5.2.3 空时活动抽头DFE的实现  76-77
      3.5.2.4 活动抽头DFE的实现成本  77
  §3.6 仿真结果  77-83
  §3.7 本章小结  83-84
  附录Ⅰ  84-86
  本章参考文献  86-87
第四章多天线TD-SCDMA接收机的信号检测  87-100
  §4.1 系统概述  87-89
    4.1.1 标准概述  87-89
    4.1.2 接收过程概述  89
  §4.2 低复杂度逐符号多用户检测算法  89-92
  §4.3 信号检测的其他方法  92-96
    4.3.1 空时RAKE接收  92-95
    4.3.2 空时干扰消除  95-96
  §4.4 仿真结果  96-98
  §4.5 本章小结  98-99
  本章参考文献  99-100
第五章多天线OFDM接收机的时钟同步  100-124
  §5.1 系统结构  100-103
    5.1.1 空间复用OFDM系统  100-101
    5.1.2 发射分集OFDM系统  101-102
    5.1.3 混合OFDM系统  102-103
  §5.2 多天线全数字OFDM接收机的结构  103-106
    5.2.1 数学模型  103-105
    5.2.2 多天线全数字接收机的结构  105-106
  §5.3 数据帧结构  106-108
  §5.4 帧同步与载波同步概述  108-111
    5.4.1 帧同步  109
      5.4.1.1 粗略帧同步  109
      5.4.1.2 精确帧同步  109
    5.4.2 载波同步  109-111
      5.4.2.1 载波频偏的划分与估计范围  109-110
      5.4.2.2 载波频偏分数部分的时域估计  110
      5.4.2.3 载波频偏整数部分的频域估计  110
      5.4.2.4 残余载波频偏的频域估计  110-111
      5.4.2.5 载波频偏的补偿  111
  §5.5 时钟同步  111-116
    5.5.1 时钟频偏估计算法的原理  111-113
    5.5.2 时钟频偏估计的性能  113-115
    5.5.3 时钟频偏的补偿  115-116
  §5.6 信道估计与信号检测  116-119
    5.6.1 信道估计概述  116-117
    5.6.2 信号检测  117-119
  §5.7 仿真结果  119-122
  §5.8 本章小结  122-123
  本章参考文献  123-124
第六章结束语  124-126
后记  126-127
以第一作者身份发表的论文  127

多天线通信系统中的同步、均衡和信号检测技术研究

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