OFDM调制解调技术与同步算法的研究

论文摘要

在OFDM数学原理和收发模型的基础上,本文对帧同步、定时同步、频率同步和采样同步给OFDM系统所产生的影响进行了理论分析,同时讨论了基于循环前缀或训练符号的典型OFDM同步算法。参考802.11a突发数据帧结构和系统参数,分析几种OFDM同步算法用于突发分组传输的性能;在分析了几种经典的信道估计算法基础上,通过对复杂度和性能的折衷,选择一种适合本文系统的估计算法。最后作者提出一种改进型LS信道估计算法,该算法考虑了LS算法中噪声的影响,从而提高了低信噪比下信道估计的精度。仿真结果表明,改进算法在低信噪比下具有良好的性能。参考802.11a的前导结构和同步估计算法,作者在“DSP+FPGA”的硬件平台上设计并实现了基于突发分组传输的OFDM同步模块、信道估计模块以及16QAM的差分/相干调制解调,并在OFDM中频收发系统中完成调试。文中提出一种通用的基于FPGA的OFDM同步实现结构,引入流水计算和逆Cordic算法,实现了OFDM突发数据帧的捕获、符号定时和载波同步。论文最后给出了系统在AWGN信道下的实测结果,系统具有较好的同步,信道估计与均衡的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信的发展状况
• 1.2 OFDM 技术的起源与发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 正交频分复用系统的基本原理
• 2.1 OFDM 的基本原理
• 2.1.1 OFDM 的数学模型及其正交性原理
• 2.1.2 OFDM 的频谱结构
• 2.2 OFDM 的IFFT/FFT 实现
• 2.2.1 OFDM 的调制解调IFFT/FFT 实现
• 2.2.2 OFDM 信号的过采样问题
• 2.3 保护间隔和循环前缀
• 2.4 OFDM 系统的发射和接收模型
• 第三章 OFDM 的同步与信道估计
• 3.1 OFDM 同步概述
• 3.1.1 定时同步偏差对OFDM 信号的影响
• 3.1.2 载波同步偏差对OFDM 信号的影响
• 3.1.3 OFDM 采样速率同步
• 3.2 OFDM 符号定时同步
• 3.2.1 基于循环前缀的符号同步
• 3.2.2 基于训练序列的符号同步
• 3.3 OFDM 的载波同步
• 3.4 OFDM 系统的信道估计
• 3.4.1 多径信道对OFDM 信号的影响
• 3.4.2 传统的信道估计算法
• 3.4.3 改进信道估计算法
• 第四章 基于突发分组的OFDM 系统方案
• 4.1 系统参数和突发帧结构
• 4.2 系统硬件平台
• 4.2.1 器件性能比较
• 4.2.2 硬件平台结构
• 4.2.3 系统晶振与采样速率同步
• 4.3 子载波调制方式
• 4.4 系统速率分析
• 第五章 基于突发分组的OFDM 系统的同步设计与实现
• 5.1 OFDM 中频发射系统的实现
• 5.2 载波同步的实现
• 5.2.1 Cordic 算法与相角的计算
• 5.2.2 频偏估计与频偏补偿
• 5.3 定时同步的实现
• 5.3.1 OFDM 系统的同步结构
• 5.3.2 相关运算的实现
• 5.3.3 门限比较的实现
• 5.3.4 状态机与流水计算
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果
• 附录 图OFDM 系统硬件电路板