[发明专利]一种多输入多输出正交频分复用系统中实现同步的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多输入多输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统，尤其涉及一种MIMO+OFDM系统中实现同步的方法，属于无线或有线通信领域。 

背景技术

多天线多输入多输出(MIMO)是近几年发展起来的一种高效的无线传输技术，是指在发射端和接收端，分别使用多个发射天线和接收天线。传统的通信系统是单进单出SISO系统，基于发射分集和接收分集的多进单出MISO方式和单进多出SIMO方式也是MIMO的特殊情况。MIMO的基本思想是在发射、接收或收发双端采用多个天线，通过空时处理技术，充分利用信道之间的独立衰落特性，提高频谱利用率，通信质量和系统容量。例如：贝尔实验室的Foschini等人，提出了一种分层空时结构(BLAST)，它将信源数据分成几个子数据流，独立进行编码/调制。分层空时编码系统在21dB的平均信噪比下可以达到42b/s/Hz的带宽利用率，这样的带宽利用率对于单天线发射单天线接收系统是不可想象的。 

OFDM在频域把频谱分成若干个正交的子信道，各子信道的载波相互重叠，提高了频谱利用率。由于各子信道的带宽相对较窄，因此对整个发射带宽信号来讲频率选择性信道对于各个子信道信号来讲是平坦衰落的，均衡可对每个子载波分别进行，大大简化了接收机结构。由于OFDM具有频谱利用率高、均衡简单的优点，非常适合于高速的有线和无线传输，因此得到了广泛研究。 

高速业务和用户数的激增使得对频谱的需求量急剧增加，而频谱资源是有限的，所以我们结合MIMO和OFDM这两项先进的技术，一方面可以提高频谱利用率，另一方面可以有效抵抗频率选择性衰落。 

但是，MIMO与OFDM结合在具有以上优点的同时，并没有消除它们自身的缺点：OFDM对频率偏移非常敏感。为了采用OFDM技术，载波偏差与子载波间隔相比较，必须很小，否则OFDM的解调性能将受到很大影响。然而无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差，都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道之间的信号互相干扰(ICI)。同时，OFDM系统的码元定时必须落在循环前缀(CP)允许的范围内，否则这时FFT解调窗口包含了非当前码元的信息，将引起码元间的干扰。而对于MIMO+OFDM系统定时同步来说，也可以采用已知的信息进行同步分析，如CP信息，是当前比较流行的处理方法，基于CP信息可以不需要系统额外的资源实现同步，同时计算量也不大。但其缺点是相关峰较为平坦，不利于判决，同时频偏估计范围小。所以，一般仅作为定时粗同步。此外，利用导频/同步符号的特殊结构进行定时的精同步。频率同步采用特殊的前导设计来进行同步。如三星公司在2004年10月16号申请的中国申请号：200410010473.6，公开号：CN 1630283A专利在多入多出正交频分复用系统中为同步而发射的前导的方法提出了采用CP进行定时粗同步、利用交叉相关性进行定时精同步，然后利用正交序列(CAZAC)按照一定特殊结构构成前导。该方法的使用在能够把定时精同步中复杂的复数运算改变为简单的加法和变换，并且信道估计的性能比传统的方法好。但是，频偏估计的精度有限，且每个天线需要重复发送相同的前导序列，增加了大量的复杂度。另外对于找到的精确的时间同步点，如果做一些处理，可以增加接收信号的信噪比，提高系统的性能。 

Paolo Priotti等于2003年8月22号申请的美国公开号：US2005041693A1专利MIMO+OFDM无线通信系统中频率同步的方法和装置提出了采用通过接收信号SNR得到一组权值，并在频率同步时在对应接收信号上进行加权。该方法利用最大比合并的思想进行频率同步，需要在估计频偏之前对每根天线的接收到的训练符号根据它们的SNR算出的权值进行加权。该方法在不提供信道状态信息(CSI)的情况下，或者快 衰落信道低信噪比情况下，可以取得较好的频率同步。但是，这是以权值计算的大量的运算量的代价换得的，同时该方法的可实现性较差。因此，现有技术存在缺陷，有待于进一步的改进和发展。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多输入多输出正交频分复用系统中实现同步的方法，从而使得MIMO+OFDM接收系统在以较小系统资源的代价下通过低复杂度算法实现码元同步，并且所加的时间同步后处理模块，只是利用了另一种方法取代已有的去CP的方法，没有增加复杂度，但是却使得接收机的性能得到了明显改善。