无线通信中的数字同步算法研究

论文摘要

本文主要研究无线通信中的数字接收机同步算法。同步模块一般包括定时同步、频偏估计与补偿、相位跟踪等。在当今的无线通信接收机的设计中,无论何种传输体制,接收端的同步模块都是十分重要的:同步往往是信道估计和解调的先决条件,对这个系统的错误表现有着关键性影响。 同步算法必须依据相应的调制方式和信道条件来设计,本文研究了三种典型调制方式下的同步技术,分别是AWGN信道下的PAM调制,衰落信道下的CDMA扩频调制和衰落信道下的OFDM调制,采用这三种传输方式的代表性通信标准分别是DVB-S2标准,WCDMA标准和DVB-T标准。针对现存算法的不足之处,本文提出了几种新的同步算法。 基于DVB-S2标准,我们提出了一种新的DVB-S2的接收机实现方案。在频偏粗估计部分,采用了平衡式相关器进行频偏的粗校正,相比DVB-S2协议推荐的接收机结构和ETSI推荐的同步算法,在算法收敛时间上有明显的优势。在频偏细估计部分,我们提出了基于DVB-S2帧结构的频偏细估计算法,即改进的Kay算法,在复杂度没有很大增加的情况下,大大地提高了估计精度。 基于WCDMA标准,我们针对传统的相干延时跟踪环在两个多径间隔较小的情况下将会失效的问题,提出了一种改进的定时误差检测器,目的是能够自适应校正相邻多径的影响。实验证明我们提出的改进结构能够较好的解决这个问题,并且具有算法复杂度低的优点。 基于DVB-T标准,我们根据DVB-T标准中的导频结构,提出了复杂度低的时钟频差和残余载波频偏的联合估计补偿算法,并对其性能进行了理论分析。针对在严重频率选择性衰落信道下传统的基于最小二乘算法的载波频偏和采样时钟误差联合估计算法存在较大的估计方差问题,我们提出了一种基于RANSAC算法思想的载波频偏和采样时钟误差联合估计算法。经过实验仿真,证明在严重的频率选择性信道下,我们的算法比现有的估计算法有较大的优势。经过实验仿真,证明在严重的频率选择性信道下,我们的算法比现有的估计算法有较大的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信和数字接收机的发展历程
• 1.2 内/外接收机和分离原则
• 1.3 CDMA技术
• 1.4 OFDM技术
• 1.5 本文的主要贡献和结构安排
• 1.5.1 本文主要贡献
• 1.5.2 本文结构安排
• 第二章 信道模型
• 2.1 卫星信道
• 2.1.1 传播损耗
• 2.1.2 多普勒频移
• 2.2 衰落信道
• 2.2.1 衰落信道的特点和分类
• 2.2.2 衰落信道的数学模型
• 2.2.3 衰落信道的仿真
• 2.3 MIMO信道
• 本章小结
• 第三章 AWGN信道下 PAM信号的同步设计
• 3.1 根据最大似然准则推导得到最佳数字接收机
• 3.1.1 从模拟接收机到数字接收机
• 3.2 经典锁相环理论和数字锁相环
• 3.2.1 经典锁相环理论
• 3.2.2 从模拟锁相环到数字锁相环
• 3.3 多码率转换和数字内插器的设计
• 3.4 90年代以来 PAM信号数字同步算法的研究现状
• 3.5 DVB-S2的接收机设计
• 3.5.1 DVB-S2标准的主要特点
• 3.5.2 频偏粗估计
• 3.5.3 定时捕获和跟踪
• 3.5.4 帧同步
• 3.5.5 载波跟踪
• 3.5.6 实验和结果
• 本章小结
• 第四章 WCDMA传输体制的同步设计
• 4.1 第三代移动通信中的CDMA接收机和捕获技术
• 4.1.1 传统的 CDMA信号的捕获电路
• 4.1.2 WCDMA的快速捕获和多径搜索
• 4.2 传统的CDMA延时跟踪环性能分析
• 4.3 多径情况下的CDMA相干延时跟踪环
• 4.4 能处理多径的改进的跟踪环
• 4.5 实验和结果
• 本章小结
• 第五章 OFDM体制下的同步设计
• 5.1 OFDM传输体制的基本原理
• 5.2 各种因素对 OFDM相干解调的影响
• 5.2.1 信道多径
• 5.2.2 符号同步误差
• 5.2.3 载波同步误差
• 5.2.4 时钟同步误差
• 5.2.5 各种因素的综合影响
• 5.3 OFDM相干接收机的设计与性能分析
• 5.3.1 符号同步
• 5.3.2 载波频差的时域估计与补偿
• 5.3.3 整数载波频差的频域估计与补偿
• 5.3.4 时钟频差和残余载波频偏的联合估计和补偿
• 5.3.5 信道估计与载波相差、时钟相差和符号同步误差的补偿
• 5.3.6 信道多径、载波相差、时钟相差和符号同步误差的补偿
• 5.4 采用 RANSAC算法的采样时钟误差和载波频偏联合估计算法
• 5.4.1 频域最小二乘估计和存在的问题
• 5.4.2 基于 RANSAC原理的鲁棒估计
• 5.4.3 实验结果
• 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的科研项目与成果
• 致谢