正交频分复用系统频率偏移估计的研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)系统是未来无线通信系统的基本应用技术之一，以其有效对抗多径衰落的特性以及较高的频谱资源利用率而受到广泛关注，有望被下一代移动通信系统所采用。但是OFDM系统对载波的频率偏移十分敏感，微小的频偏都将造成系统性能的急剧下降，所以频率偏移估计是OFDM系统研究的热点问题之一，这对于提高OFDM系统性能有着十分重要的意义，因此它也成为本论文的主要工作。本论文深入研究了当前国内外关于OFDM系统载波频率偏移估计一些经典算法，对其内容进行了简单明了的介绍，对其性能进行了较为深入的分析和论证，并在此基础上对原有算法进行了一些改进。论文的主要工作如下：一、对OFDM系统的背景、亟待解决的主要问题、OFDM系统的系统结构和系统模型以及频率偏移对于系统性能的影响做了简要的介绍和分析。二、分析了现有的基于循环前缀的最大似然估计算法及其对频偏估计的跟踪。重点分析了将循环前缀与导频子载波的冗余信息相结合的算法，相应地对原有算法的似然函数也进行了改进。此算法仍然借助于相关统计量和最大似然函数，只是加入并利用了本来主要用于信道估计的导频子载波上的信息。由于利用了导频子载波的信息加以辅助，因此只需使用较短的循环前缀进行频偏估计，节省了系统的开销。同时混合算法提高了估计的精度，特别是能够在较低信噪比的情况下达到所需要的估计精度。通过仿真实验证实了上述结论。三、简单讨论了导频序列插入方法，以及相应导频插入方法下的导频频偏估计的具体算法。详细地阐述了基于导频频域梳状插入的、利用导频能量扩散分布特征的频偏估计方法，以及该算法的扩展。重点分析了利用方形导频插入方法代替原有的梳状导频插入方法，对算法进行改进。由于方形导频的结构简单、可靠性高，因此更利于提高频偏估计的性能。仿真实验表明，利用方形导频插入的频偏估计性能要优于梳状导频和六边形导频插入方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 正交频分复用技术产生的背景
• 1.2 正交频分复用技术的特点和亟待解决的问题
• 1.3 论文的内容和结构
• 第二章 OFDM系统原理
• 2.1 OFDM系统基本结构
• 2.2 OFDM系统的数据结构及循环前缀
• 2.3 OFDM系统的系统模型
• 2.3.1 连续时间系统模型
• 2.3.2 离散时间系统模型
• 2.4 频率偏移对OFDM系统的影响
• 2.4.1 OFDM符号的频谱
• 2.4.2 利用相关法分析系统子载波间的干扰
• 第三章 基于循环前缀的频偏估计
• 3.1 引言
• 3.2 循环前缀频偏估计算法的基本原理
• 3.3 现有的循环前缀算法
• 3.3.1 相位差的最大似然估计
• 3.3.2 利用循环前缀对频偏进行最大似然估计
• 3.3.3 利用循环前缀对频偏进行跟踪
• 3.4 频率偏移估计值与实际值的差值
• 3.5 利用循环前缀和导频的混合估计算法
• 3.5.1 带有循环前缀和导频子载波的OFDM系统模型
• 3.5.2 基于循环前缀和导频的混合频偏估计算法
• 3.6 仿真分析
• 第四章 基于数据辅助的频偏估计
• 4.1 引言
• 4.2 基于导频的频偏估计算法
• 4.2.1 导频序列的加入方法
• 4.2.2 现有的基于导频的频偏估计算法
• 4.3 基于梳状导频能量扩散估计算法的改进
• 4.3.1 方形导频插入方案及算法描述
• 4.3.2 方形导频插入的算法分析
• 4.4 利用导频对频率偏移进行跟踪
• 4.5 仿真分析
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文