基于OFDM系统的频率捕获与跟踪算法研究

论文摘要

以正交频分复用(OFDM)技术为代表的多载波传输技术将信道在频域上划分成多个子信道,使每个子信道的频谱特性都近似平坦,并使用多个相互独立的子信道传输信号并在接收机中予以合并,从而克服了多径信道的频率选择性衰落。与单载波系统相比,OFDM系统对同步精度的要求更高,而在高动态环境下,由于收发两端相对运动产生了多普勒频移,并且多普勒频移还存在一阶甚至多阶导数,这就加大了OFDM系统同步的难度。本文研究了OFDM系统高动态下频移对系统性能的影响,改进了单一时域进行频率同步的传统方法,给出了时频域结合的频率同步算法、系统环路以及仿真结果。考虑到高动态环境的特殊性,本文分析了估计多普勒频率和多普勒速率以及多普勒速率的一次变化率等的典型算法:最小二乘算法、最大似然估计算法和广义卡尔曼滤波算法,并给出仿真结果。本文共有五章。第一章简单介绍了OFDM的发展以及OFDM技术的特点、应用和国内外研究现状;第二章详细描述了OFDM原理和系统总体框架,并重点阐述了频率同步精度对系统性能的影响;第三章研究了匀速移动环境下OFDM系统的各种同步算法,包括基于训练符号的时域相关算法、最大似然估计算法,进行了仿真比较;第四章描述了高动态下自适应频率捕获和跟踪算法并仿真;第五章总结了本文的工作,对今后OFDM系统同步的研究方向发表了看法。本文创新之处在于:(1).对只在单一时域频率捕获和跟踪的算法作了改进,将时域和频域结合进行频率捕获和跟踪,给出了改进后OFDM频率捕获和跟踪系统环路,仿真结果表明,采用时域和频域联合估计频率偏移,可以在保证较小的估计均方根误差的同时扩大频偏估计的范围;(2).对最小二乘估计算法中的相位恢复算法进行了修正,原算法在加速度为负值以及加速度时变时相位恢复偏差较大,改进后算法则能进行准确的相位估计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多载波技术的发展
• 1.2 无线信道的特征
• 1.2.1 衰减作用
• 1.2.2 多径效应
• 1.2.3 时变性
• 1.3 OFDM 系统的特点
• 1.3.1 OFDM 系统的优点
• 1.3.2 OFDM 系统的缺点
• 1.4 OFDM 系统的关键技术
• 1.5 论文结构及内容安排
• 第二章 OFDM 技术原理
• 2.1 OFDM 原理
• 2.1.1 OFDM 基本模型
• 2.1.2 用IFFT/FFT 实现OFDM 调制解调
• 2.1.3 OFDM 符号的时频域波形
• 2.2 OFDM 符号的保护间隔
• 2.3 载波频率偏差对OFDM 系统性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 匀速移动环境下频偏估计算法研究
• 3.1 匀速移动环境下典型频偏估计算法综述
• 3.1.1 基于训练符号的相关算法
• 3.1.2 基于循环前缀最大似然估计算法
• 3.2 基于时频域联合估计算法的环路设计
• 3.3 数字仿真结果和分析
• 3.3.1 基于训练符号相关算法仿真结果及分析
• 3.3.2 基于循环前缀最大似然算法仿真结果及分析
• 3.3.3 基于时频联合估计算法仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 高动态移动环境下频偏估计算法研究
• 4.1 高动态移动环境下典型频偏估计算法综述
• 4.1.2 最大似然估计算法
• 4.1.3 最小二乘一阶及二阶估计算法
• 4.1.4 广义卡尔曼滤波算法
• 4.2 IQ 两路联合估计相位恢复算法
• 4.3 数字仿真结果和分析
• 4.3.1 最大似然估计算法仿真结果和分析
• 4.3.2 最小二乘估计算法仿真结果和分析
• 4.3.3 广义卡尔曼滤波算法仿真结果和分析
• 4.3.4 IQ 两路联合估计相位恢复算法仿真结果和分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果