OFDM系统的同步技术研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)技术因其具有频谱利用率高、抵抗多径干扰能力强等优点,已被应用到有线和无线宽带数据通信的许多领域,也被看作是第四代移动通信的核心技术之一,但符号定时偏差和载波频偏是制约OFDM系统应用的重要因素。论文深入研究了当前国内外一些经典的符号同步算法和载波频偏同步算法,并主要针对这些算法在高速运行多径衰落环境下的性能进行了严密论证和深入分析,从而寻求一种适用于高速运行多径衰落环境下的同步方案。论文的主要工作和创新之处在于:首先通过理论分析无线信道的特点,总结高速运行多径衰落环境下无线信道的特性及对信号的影响,引入和仿真了论文中采用的无线信道模型。其次在对OFDM系统原理进行深入研究的基础上,通过仿真重点分析了符号同步偏差和频率同步偏差对系统性能的影响。然后在高速运行多径衰落环境下比较分析了几种符号同步算法和频偏估计算法。对于符号同步算法,主要分析对比了基于循环前缀的最大似然符号定时同步算法、基于共轭对称结构训练符号的对称算法、Schmidl & Cox算法、Minn & Letaief算法和Park & Cheon等算法的性能。对于频率同步算法,主要分析对比了基于训练序列的时域相关算法、基于频域导频的频偏估计算法、基于频域导频的整数倍频偏估计算法、基于重复PN序列的整数倍频偏估计算法等算法的性能,并通过仿真分析指出它们的优缺点和适用范围。最后,在分析比较各种算法的基础上,为解决高速运行环境下OFDM系统的同步实现问题,论文提出一种同步方案,该方案联合了符号同步、小数倍频偏同步、整数倍频偏同步和信道估计等各个环节。通过仿真分析表明该方案在获得符号精确同步的基础上,将频偏误差控制在较小的范围内,计算量小且估计精度高,能有效地实现高速多径环境下的符号同步、频偏捕获和频偏跟踪等各个同步环节。从仿真结果也得到了频偏估计与信道估计在OFDM系统同步过程中的相互关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 OFDM 技术的发展和应用
• 1.2 论文的背景和意义
• 1.3 论文的主要工作和结构
• 2 无线信道的传播特性
• 2.1 无线信道的多径衰落
• 2.2 无线信道的时变性以及多普勒频移
• 2.2.1 多普勒频移
• 2.2.2 多普勒扩展
• 2.2.3 相干时间
• 2.3 快速移动环境下的无线信道特点
• 2.4 课题中的信道模型
• 2.5 小结
• 3 OFDM 系统的基本原理
• 3.1 OFDM 系统的基本模型
• 3.2 快速傅立叶变换在OFDM 系统中的应用
• 3.3 保护间隔和循环前缀
• 3.4 OFDM 系统的主要优缺点
• 3.5 小结
• 4 OFDM 系统中的同步技术
• 4.1 OFDM 系统中的同步原理
• 4.2 同步偏差对系统性能的影响
• 4.2.1 载波同步
• 4.2.2 样值同步
• 4.2.3 符号同步
• 4.3 小结
• 5 OFDM 系统中的同步算法
• 5.1 符号同步算法
• 5.1.1 基于循环前缀的最大似然符号定时同步算法
• 5.1.2 基于重复训练序列符号的延迟相关算法
• 5.1.3 基于已知训练序列的符号定时同步算法
• 5.1.4 基于共轭对称结构的训练符号的对称算法
• 5.1.5 几种采用不同PN 序列结构的符号同步算法
• 5.2 载波同步算法
• 5.2.1 基于训练序列的时域相关算法
• 5.2.2 基于训练符号的频域相关算法
• 5.2.3 基于频域导频的整数倍频偏估计算法
• 5.2.4 基于频域导频的频偏细估计算法
• 5.2.5 基于重复PN 序列的整数倍频偏估计算法
• 5.3 小结
• 6 移动环境下多径衰落信道中的OFDM 系统同步方案
• 6.1 OFDM 符号帧结构及同步方案
• 6.2 OFDM 符号导频信号的选择
• 6.3 信道估计
• 6.4 高斯白噪声信道下的仿真
• 6.5 移动多径衰落信道下的仿真
• 6.6 频偏估计、信道估计与误码率的关系
• 6.7 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录