OFDM系统研究及同步设计实现

论文摘要

随着无线数据通信与多媒体应用的不断发展,无线传输系统对传输速率和QoS保证等要求也在不断得地提高。正交频分复用(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作为一种新型的物理层传输和调制技术越来越受到人们的重视,并被视为下一代移动通信(4G)中的关键技术。OFDM具有并行传输机制、内在抗符号间干扰和多径信道分集等特性,在衰落信道中显示了很强的数据传输性能,同时由于其子载波间的正交性,从而具有很高的信道利用率,有非常广阔的应用前景。然而,OFDM也存在这很多不足,首先在接收过程中,信号以符号形式进行处理,对定时要求高；其次,因为它以子载波的正交性为基础,所以对频率偏移非常敏感。因此,在设计OFDM系统时,需要特别注意时间和频率同步的要求,尽量减小其对性能的影响。本文首先介绍了OFDM系统的基本原理和特点,分析了OFDM系统的数学模型；然后再详细讨论了定时误差和频率误差对系统的影响；在此基础上,本文深入研究比较并且仿真了几种常用的符号定时算法及其改进算法,从硬件实现角度将其进行了对比和选择；随后阐述了IEEE802.11a协议,对其物理层的同步系统进行了分析和仿真验证；最后,基于IEEE802.11a的帧结构,给出了各个同步模块的FPGA硬件实现方案,并且考虑了各算法在FPGA实现过程中的难点和可以简化的实现方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线局域网相关概念与特点
• 1.2 无线通信中的OFDM技术
• 1.3 本文工作和论文内容安排
• 第二章 正交频分复用系统基本原理及同步误差分析
• 2.1 OFDM系统的基本原理
• 2.1.1 OFDM系统模型分析
• 2.1.2 FFT在OFDM系统中的应用
• 2.1.3 保护间隔与循环前缀
• 2.1.4 OFDM系统结构图
• 2.2 OFDM的主要特点
• 2.3 同步误差对OFDM系统的影响
• 2.3.1 载波频率偏差对系统的影响
• 2.3.2 定时误差对系统的影响
• 第三章 OFDM系统符号同步算法研究及802.11a同步系统仿真
• 3.1 基于训练序列的符号同步算法
• 3.1.1 Schmidl&Cox（S&C）算法
• 3.1.2 Minn的符号同步算法
• 3.1.3 Park的符号同步算法
• 3.1.4 一种改进的符号同步算法
• 3.1.5 仿真结果及分析
• 3.1.6 符号同步算法的选取
• 3.2 IEEE802.11a同步系统的仿真
• 3.2.1 IEEE802.11a帧结构
• 3.2.2 帧检测算法
• 3.2.3 载波同步算法
• 3.2.4 符号同步
• 第四章 OFDM同步系统的FPGA设计及实现
• 4.1 FPGA系统设计
• 4.1.1 基于FPGA的数字系统的设计流程
• 4.1.2 硬件开发语言的比较
• 4.1.3 集成开发环境ISE
• 4.2 训练序列生成模块
• 4.2.1 短训练序列结构
• 4.2.2 长训练序列结构
• 4.2.3 训练序列生成模块的设计
• 4.3 分组检测模块
• 4.3.1 分组检测的一些常用算法
• 4.3.2 延时相关算法的硬件结构设计
• 4.3.3 分组检测模块测试结果
• 4.4 载波同步
• 4.4.1 载波同步的时域和频域方法
• 4.4.2 载波同步模块的硬件实现结构
• 4.4.3 载波同步模块测试结果
• 4.5 符号同步
• 4.5.1 符号同步算法的简化
• 4.5.2 符号同步的硬件设计结构
• 4.5.3 符号同步模块测试结果
• 第五章 结束语
• 5.1 论文总结
• 5.2 未来工作展望
• 缩略语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表或已录用的学术论文