高速移动下基于阵列信号处理的OFDM 无线通信关键技术研究

移动通信的目标是在各种环境下都能够提供高速率的通信服务，谱效率更高的OFDM技术是下一代移动通信的核心。无线通信的一个显著特点是多径效应，当移动台高速运动时，无线信号在各路径上产生不同的多普勒频移，在接收端叠加后形成频率和时间选择性衰落。无线衰落本质上是具有多个频偏的多径衰落，现有的时频域处理都无法从根本上解决。本项目提出基于阵列信号处理的空域多径分离思路，通过空域处理把多频偏转化为多个单频偏，从根本上解决无线衰落问题。据此，本申请拟研究以下关键技术：1）基于阵列信号处理的无线宽带信号多径分离技术；2）鲁棒的接收波束形成技术与快速设计方法；3）基于阵列信号处理的OFDM信号同步与信道估计技术。在此基础上，将研制一套具有8天线的宽带OFDM实验平台和4个单天线移动终端，对提出的理论和技术进行验证评估。本项目预期在上述各方面取得理论突破和技术创新，对下一代无线通信技术研究起到积极推动作用。

无线宽带移动通信的发展要求为人们提供随时随地的通信服务。然而，近年来高速铁路的快速发展对无线宽带移动通信系统提出了新的挑战。针对此，本项目主要围绕高速移动下宽带正交频分复用（OFDM）无线通信系统所面临的新问题展开研究。其中包括：.1）提出了基于阵列信号处理的空域多径分离思路，通过空域处理把多频偏分解为多个单频偏，从而从根本上解决高速移动中的多径多普勒问题。.2）鉴于波束形成方法能自适应地抑制其他方向的干扰和噪声，但是对阵列的误差比较敏感。项目组提出了基于波达方向矩阵特征分解的鲁棒波束形成设计方法。.3）在高移动OFDM系统的同步与信道估计方法研究方面，项目组提出了一种利用信道稀疏特性的高速移动信道估计方法，并提出了一系列利用接收多天线冗余的载频偏估计方法。.4）在理论方法研究的同时，项目组还基于软件无线电思想研制了一套通用智能天线阵列信号处理实验平台。项目组研究设计了相应的阵列校正方法，并对该实验平台进行了数据收发的实测验证。.以上研究充分表明了基于阵列信号处理的空域多径分离思路在高速移动无线宽带通信中的可行性。此外，项目组还结合自身在阵列信号处理方面的研究经验，研究了基于阵列天线的无线物理层安全传输技术。本项目已按计划顺利开展，在上述几个方面获得了一定的理论突破和技术创新，取得了丰富的研究成果，预期将对促进相关学科的研究起到积极的推动作用。