OFDM系统中定时和频偏估计算法的研究

论文摘要

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）是第四代移动通信物理层的核心技术。它最大的优点是能很好的对抗无线信道多径传播的能力,并且提高了频谱的利用率,可以大大提高系统容量,满足人们对下一代无线通信系统高数据速率的要求。定时同步是数据传输的基础,定时同步不准确会导致码间干扰,给子载波带来相位噪声并且会增加OFDM系统对时延扩展的敏感程度。同时多载波的OFDM系统对载波频率的偏移比单载波系统敏感,载波频率偏移会破坏子载波间的正交性,引起子载波间干扰,很小的载波频偏都将导致解调性能的急剧下降。所以定时同步和频率同步成为OFDM系统中的研究重点和热点。本文主要研究符号定时同步和频偏估计算法。在详细阐述OFDM系统基本原理和核心功能模块的基础上,研究定时偏差和频率偏差带来的码间干扰（ISI）和子载波间干扰（ICI）对OFDM系统性能的影响,并利用计算机进行仿真分析,进一步说明同步问题对于OFDM系统的重要性。通过大量相关文献的阅读,对当前国内外的研究状况和最新研究成果进行了归纳总结分析。选择盲估计类算法和数据辅助类算法中有代表性的MLE算法和T&D算法进行仿真,讨论它们各自的特点。提出了一种基于训练序列的改进的同步估计算法。该算法通过非对称的训练序列和动态系数估计器进行定时和频偏估计。然后通过计算机仿真,分析定时和频偏估计的特性、偏移均值和偏移方差。仿真结果表明改进算法在多径信道和加性高斯信道下都具有比原有算法更高的准确度,并且计算量小,资源消耗量降低。最后提出了一种用于VDSL（Very-high DSL,甚高速数字用户环路）系统中的实用的定时同步方案。新算法利用系统传输特定信号的结构和定时偏差引起的子载波相位偏转进行同步。文中对算法的性能进行了理论推导和仿真分析。该方案已经应用于实际VDSL芯片项目系统兼容性部分的数字信号处理,性能表现良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 课题背景和意义
• 1.1.2 多载波技术概述及特点
• 1.2 OFDM 技术特点
• 1.3 OFDM 技术的发展及应用前景
• 1.4 本文主要内容安排
• 第二章 OFDM 系统基本理论
• 2.1 无线信道基本特点
• 2.1.1 无线信道特点
• 2.1.2 无线信道对OFDM 信号的影响
• 2.2 OFDM 系统基本结构
• 2.2.1 OFDM 系统结构
• 2.2.2 信号的调制和解调
• 2.2.3 保护间隔和循环前缀
• 2.2.4 加窗技术
• 2.3 OFDM 系统关键技术
• 2.4 小结
• 第三章 OFDM 系统的同步技术
• 3.1 同步原理及其影响分析
• 3.1.1 定时同步偏差分析
• 3.1.2 载波频率偏差分析
• 3.2 OFDM 系统同步算法分析
• 3.2.1 数据辅助算法
• 3.2.2 盲估计算法
• 3.2.3 盲估计类MLE 算法分析
• 3.2.4 数据辅助类T&D 算法分析
• 3.3 小结
• 第四章 改进的OFDM 系统同步算法
• 4.1 训练符号设计
• 4.2 符号定时估计
• 4.3 载波频偏估计
• 4.4 仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于偏转相位的定时同步
• 5.1 VDSL 系统介绍
• 5.1.1 VDSL 系统结构
• 5.1.2 VDSL2 系统特点及应用
• 5.1.3 本人所做的工作
• 5.2 基于偏转相位的定时同步算法
• 5.3 仿真分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录：部分程序代码