OFDM无线通信系统的同步技术研究

论文摘要

同步技术是任何一个通信系统能够有效工作的前提,同步的性能直接关系到整个通信系统的性能,基于OFDM技术的宽带无线通信系统也不例外。近年来,基于OFDM技术的LTE标准受到了业界和学术界的普遍关注,对LTE物理层协议实现的算法研究是十分必要的,下行同步和小区搜索是LTE研究的一个重要方面。本文提出了一种基于CAZAC序列的同步改进算法,并给出了完整的同步方案。首先分析了CAZAC序列的特点,通过实验仿真与理论推导得出频偏对CAZAC序列自相关的影响具有一定的规律性,通过构造两个训练序列,使这种规律能在定时偏移上表现出来,从而检测到频偏。同时利用训练序列的特点减少了相关运算量,最后通过跟Schmidl算法对比表明所提算法具有良好的性能。在对LTE同步信道的分析中,给出了一个可行的LTE下行同步和小区搜索检测方案。首先利用主同步序列完成定时同步和物理层号的检测,并利用主同步序列的特点简化了相关运算,在此基础上加入了首径搜索算法,同时进行粗频偏估计。接着利用主同步序列的信道估计对辅同步序列做相干检测,随后进行小区群号的检测,并在AWGN下仿真小区群号搜索算法,结果表明了该算法具有实用性。最后着重分析了残留频偏的估计算法,分别在AWGN信道下和多径衰落信道下仿真,结果表明所提算法均有良好的性能。第五章利用LTE残留频偏估计的输出和LTE信道估计的输出分别完成频偏跟踪和定时跟踪,仿真表明了该方案具有实际的应用价值。文章最后总结了本文的主要工作和存在的问题,并指出了今后值得研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题研究背景及意义
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 OFDM系统基本原理及同步误差分析
• 2.1 OFDM系统基本原理
• 2.1.1 OFDM系统的基本模型
• 2.1.2 保护间隔和循环前缀
• 2.1.3 OFDM系统的框图
• 2.1.4 OFDM系统的关键技术
• 2.1.5 OFDM的优缺点
• 2.2 OFDM系统的同步误差分析
• 2.2.1 OFDM系统的同步概念
• 2.2.2 同步误差对系统性能的影响
• 2.3 LTE简介
• 2.3.1 LTE系统技术特点和网络架构
• 2.3.2 LTE下行帧结构
• 2.3.3 LTE下行物理资源块
• 2.3.4 LTE下行物理资源分配
• 2.4 本章小结
• 第三章 OFDM系统的同步技术
• 3.1 经典的同步算法
• 3.1.1 基于CP的同步算法
• 3.1.2 Moose频率同步算法
• 3.1.3 Schmidl&Cox同步算法
• 3.2 基于CAZAC序列的改进同步算法
• 3.2.1 CAZAC序列特性
• 3.2.2 同步前导序列结构
• 3.2.3 完整的同步方案
• 3.2.4 仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 LTE下行同步和小区搜索
• 4.1 LTE同步信道
• 4.1.1 LTE物理层数据处理流程
• 4.1.2 同步信道和小区搜索
• 4.1.3 主同步信道
• 4.1.4 辅同步信道
• 4.1.5 同步信道的发射方式
• 4.1.6 滤波预处理
• 4.2 定时同步
• 4.2.1 符号同步
• 4.2.2 运算的简化
• 4.2.3 首径搜索算法
• 4.3 频偏估计
• 4.3.1 粗频偏估计
• 4.3.2 残留频偏估计
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 小区群号搜索
• 4.4.1 小区群号搜索流程
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 LTE下行同步跟踪
• 5.1 频偏跟踪
• 5.2 定时同步跟踪
• 5.2.1 LTE导频映射
• 5.2.2 基于导频的功率时延谱估计
• 5.2.3 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所获得的成果
• 致谢