下行OFDM系统中的同步技术研究

论文摘要

目前,OFDM（正交频分复用）技术在无线通信领域中得到广泛应用,这主要是由于OFDM技术具有频谱利用率高,数据传输速率高,有效对抗多径干扰和窄带干扰等诸多优势。但是OFDM系统对于包括符号定时偏差和频率偏差在内的同步偏差非常敏感。同步偏差可能对接收信号产生数据相移、数据幅度衰减、数据循环移位、符号间干扰和信道间干扰等不利影响,所以同步技术是OFDM系统能否正常工作的关键因素。由于OFDM在上行链路的峰均比问题难以解决,目前OFDM更多用于下行链路中。因此,深入研究下行OFDM系统中的同步问题具有重要意义。本文在研究多种同步训练符号的基础上,提出了一种由2个OFDM符号级联生成的OFDM同步训练符号,这2个OFDM符号,一个为非正则符号,一个为正则符号。相比现有的一些同步训练符号结构,该训练符号需要较少的OFDM符号,所以有数据开销低的优点。由于两个OFDM符号的非对称性,该训练符号可以被运用于定时同步和频率同步方案中,提高同步估计的性能并减小计算复杂度。对定时同步研究方向,本文提出一种“双符号联合判决法”的定时同步方法。这种方法利用本文提出的同步训练符号,结合传统的定时同步方法,使用多个相关峰合并之后,生成的峰值位置来估计定时偏差。在对每个采样点仅需9次复乘的复杂度的情况下,对各种信噪比条件下都有较好的同步性能。在研究频率同步时,本文提出了一种频率同步方法:“余数定理法”。该算法为了能在较低的计算复杂度下,解决中等范围的频偏估计问题,利用本文提出的同步训练符号延时自相关产生的相关值的相角,经合并后,获得两个初始频偏估计值,再结合数论知识,进行组合估计频偏。通过计算机仿真验证,当本方案选取合适的参数时,可以得到较大的频偏估计范围,其计算复杂度低于传统算法,但可以获得更优的频偏估计最小均方误差性能。综合本文的同步训练符号,“双符号联合判决法”以及“余数定理法”的研究成果,本文提出了一种OFDM系统同步方案。该方案是包括同步训练符号生成、粗定时同步、小数频偏估计、整数频偏估计和细定时同步在内的完整方案。具有计算复杂度较低,且估计错误率较低的优点,在OFDM系统中具有较高的应用价值。同步技术是数字移动通信系统中的关键技术之一,有许多重要的研究方向,本文主要对其中定时同步和频率同步问题做了一定的研究。而在MIMO-OFDM（多输入多输出正交频分复用）系统中的同步,多小区、多用户情况下的同步等方向上还有很多问题值得进一步研究,以解决MIMO-OFDM系统和上行OFDM系统的同步问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究的技术背景
• 1.3 本课题研究的来源与意义
• 1.4 本文的篇章结构
• 第二章 OFDM 系统概述
• 2.1 引言
• 2.2 OFDM 基本原理
• 2.3 OFDM 系统结构组成
• 2.4 OFDM 系统的DFT 实现
• 2.5 保护间隔和循环前缀
• 2.6 OFDM 系统实现
• 2.7 OFDM 系统的优缺点
• 2.8 同步误差对OFDM 系统的性能影响
• 2.8.1 符号定时偏差对系统性能的影响
• 2.8.2 载波频率偏差对系统性能的影响
• 2.9 本章小结
• 第三章 下行OFDM 系统中的定时同步技术
• 3.1 引言
• 3.2 定时同步算法介绍
• 3.2.1 基于训练符号的定时同步算法
• 3.2.2 基于循环前缀的定时同步算法
• 3.3 基于训练符号的定时同步方法
• 3.3.1 定时同步方法的基本要求
• 3.3.2 新的训练符号
• 3.3.3 SCH 法
• 3.3.4 HEI 法
• 3.3.5 双符号联合判决法
• 3.3.6 仿真与性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 下行OFDM 系统中的频率同步技术
• 4.1 引言
• 4.2 频率同步算法介绍
• 4.2.1 基于训练符号的频率同步方法
• 4.2.2 基于循环前缀的频率同步算法
• 4.2.3 基于子空间的频率同步算法
• 4.3 基于训练符号的频率同步新方法
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 MM 法
• 4.3.3 余数定理法
• 4.3.4 计算复杂度
• 4.3.5 仿真与性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 下行OFDM 系统同步方案
• 5.1 引言
• 5.2 传统的同步方案
• 5.3 新的同步方案
• 5.3.1 总体方案
• 5.3.2 方案具体实现
• 5.3.3 方案的计算复杂度
• 5.4 仿真与结果分析
• 5.4.1 仿真的实现
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文