- 學位論文
正交分頻多工系統之聯合同步與通道估測技術
Joint Synchronization and Channel Estimation for OFDM Systems
摘要
正交分頻多工（OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing）因其高頻譜使用效率以及對於頻率選擇性通道的高抵抗性，廣泛被採納於眾多無線通訊協定之中。期間，透過多天線傳送與接收訊號的多輸入多輸出（MIMO, multiple-input multiple-output）技術已被證實能有效提升系統之效能與傳輸速率。進一步將OFDM與MIMO傳輸技術相結合，即衍生名為MIMO OFDM之嶄新系統。MIMO OFDM系統雖擁有眾多優勢，其同步與通道估測技術之良莠，對於載波間正交性之維持與訊號之解調具有關鍵性之影響。然而，多數針對傳統OFDM系統所發展之同步與通道估測演算法卻難以直接推廣至MIMO OFDM系統。此外，同步與通道估測雖息息相關，至今關於同步與通道估測之聯合設計仍顯不足。 在此論文中，我們針對OFDM與MIMO OFDM系統發展聯合同步與通道估測演算法。我們首先基於特殊的訓練序列架構為OFDM系統發展聯合同步與通道估測演算法，並透過理論分析導出演算法所需之最佳與次佳門檻值。我們導出之最佳門檻值明確顯示其與通道統計特性、訊雜比以及相關系統參數之對應關係。此外，我們導出之次佳門檻值無須仰賴通道資訊或系統模擬便可求得，並經證實可於實際應用中有效取代最佳門檻值。我們提出之聯合演算法因具備最佳化門檻值，在多重路徑通道之首路徑能量與訊雜比相對低時，明顯優於仰賴系統模擬產生門檻值之傳統設計。另一方面，在不改變原始訓練序列架構的前提下，我們提出兼備理想週期性自相關函數與部份幾何特性之特殊序列，並發展可與聯合演算法整合之大範圍載波頻率偏移估測演算法。 針對MIMO OFDM系統，我們巧妙安排經不同天線同時傳送的多個訓練序列，使整體之MIMO訓練序列架構免於訓練序列間之交互干擾。接著，基於此MIMO訓練序列之獨特性，我們將原本為OFDM系統設計之聯合同步與通道估測演算法推廣至MIMO OFDM系統，並提出多數決優化（MVR, majority vote refinement）的概念以充分運用MIMO傳輸架構下之多樣性，進一步改善同步與通道估測之效能。電腦模擬結果顯示MVR可提升聯合演算法之穩定度，並在訊雜比相對低時提供可觀的效能改善。在理論分析方面，我們針對門檻值選擇與MVR對聯合演算法的影響進行深入探討，相關結果與電腦模擬結果極為一致。此外，我們亦基於最大長度序列（maximal length sequence）發展適用於OFDM與MIMO OFDM系統之低複雜度聯合同步與通道估測演算法。