高速移动环境下OFDM系统的频偏估计方法

论文摘要

正交频分复用(OFDM)是一种无线环境下的多载波调制技术,近几年来,由于硬件技术的飞速发展和OFDM技术本身所具有的较好的抗多径衰落、频谱利用率高等优点,使其得到了广泛的关注。OFDM技术也是未来移动通信所采用的一种技术。但是与此同时,OFDM技术自身存在着两个主要的缺点:对频率偏差敏感;功率峰值与均值之比比较大。如何克服这两个问题是OFDM技术研究的主要方向之一。同时对于移动通信系统而言,不同的移动信道环境对系统有着不同的影响,在高速移动的环境下,由于存在着较强的多普勒频移的影响,而多普勒频移会破坏子载波之间的正交性,产生载波间干扰(ICI),极大的影响系统的性能。如何克服多普勒频移的影响也是OFDM系统未来的研究方向之一。本文主要研究高速移动环境下OFDM系统的频率偏差估计方法。本文首先介绍了OFDM系统的基本原理及高速移动环境;然后详细的研究了高速移动环境下的频偏估计方法,包括载波频偏估计和采样钟频偏估计,本文特别讨论了载波频偏估计方法,对于一般的载波同步方法来说,其可以分为基于数据辅助的载波同步方法和非数据辅助的载波同步方法,相比于非数据辅助的方法,基于数据辅助的方法会降低系统的传输效率,但具有估计精度高,运算量低的特点。对于数据辅助的频偏估计方法,它实际上可以分为基于训练序列的方法和基于循环前缀的方法两大类。但实际上这些方法大多都只能在较低的移动速度下取得较好的性能,在高速移动环境下的性能往往比较差,有的方法往往在频偏估计精度与频偏估计范围之间不能同时取得较好的效果,本文正是在上述频偏估计方法的基础上总结出了一种适于高速移动环境的频偏估计算法,这种算法利用迭代相关的方法,不仅能够增大频偏的估计范围,同时能够提高频偏的估计精度,具有较好的性能;在上述讨论的基础上本文介绍了高速移动环境下OFDM系统的符号同步算法对频偏估计的影响,因为在高速移动环境下符号同步算法是频偏估计算法的前提。同时也讨论了OFDM同步系统中相应的频域估计方法,包括信噪比的估计和移动台移动速度的估计;最后,本文对所讨论的频偏估计算法在实际通信系统中进行了硬件实现,从实际的仿真结果可以看出该算法能够适用于高速移动环境,并且易于实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 论文的主要工作
• 第二章 OFDM 系统的基本原理与高速移动环境
• 2.1 OFDM 系统基本原理
• 2.2 高速移动环境
• 2.2.1 多径传播和多径衰落
• 2.2.2 多普勒频移
• 2.2.3 快速移动无线信道模型及参数
• 2.3 本章小结
• 第三章 高速移动环境下系统的频偏估计方法
• 3.1 高速移动环境下频率偏差对系统的影响
• 3.1.1 高速移动环境下载波频偏对OFDM 系统的影响
• 3.1.2 高速移动环境下采样钟偏移对OFDM 系统的影响
• 3.2 高速移动环境下载波频偏估计算法
• 3.2.1 基于循环前缀的最大似然估计（MLE）算法
• 3.2.2 基于导频及训练序列的相关算法
• 3.3 高速移动环境下采样钟频偏估计算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 高速移动环境下定时同步方法对频偏估计的影响
• 4.1 定时偏差对频偏估计的影响
• 4.2 高速移动环境下系统使用的符号定时同步方案
• 4.3 高速移动环境下同步模块中的频域估计方法
• 4.3.1 利用同步序列估计信噪比的方法
• 4.3.2 移动台移动速度的估计方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 频偏估计模块的硬件实现
• 5.1 小数倍频偏估计算法的硬件实现
• 5.2 整数倍频偏的估计算法的硬件实现
• 5.3 采样钟频偏的硬件实现
• 5.4 硬件实现
• 5.4.1 硬件结构
• 5.4.2 DSP 与FPGA 的接口部分—PPI
• 5.4.3 系统参数及硬件的处理能力
• 5.4.4 频偏估计模块的定点硬件实现
• 5.4.5 硬件验证结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表或录用的论文目录