面向海上无线通信的OFDM同步技术
发布时间：2020-09-15 08:23
正交频分复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技术因其具有高自由度、高频谱利用率、强抗多径衰落能力等诸多优点而在多种通信领域中扮演着越来越重要的角色。而随着“一带一路”战略的顺利实施,基于OFDM的海上无线通信技术越来越受到社会的广泛关注。但是,一方面目前国内外还没有针对海上传输环境提出一套完整的信道建模标准,OFDM技术在海上信道中的性能表现尚不明确。另一方面,在海上多径信道中,数据到达接收端的时间不同,导致接收端难以估计出每一帧的正确起始位置,从而造成定时估计出现偏差。同时,船体间的相对运动以及收发晶振的不匹配都会引起频率偏差。因此,为保证在接收端能正确进行数据解调,必须要对定时偏差和频率偏差进行估计和补偿。本文在建立海上无线信道模型基础上,重点对OFDM系统中定时同步和频率同步技术进行深入研究,主要包括:1)在小尺度物理光学(Physical Optics,PO)模型的基础上,首次考虑了海浪高度对接收信号的影响以及船体之间相对运动引起的多普勒效应,提出适用于海上无线通信的动态多径信道模型。提出的模型相较于PO模型,更加全面、真实地反映了海上实际通信信道特性。2)针对海上信道下的定时同步问题,在分析经典定时偏差估计算法在海上信道环境中性能表现的基础上,提出了一种基于恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列的改进训练序列结构。该序列结构着重解决了原算法在系统中存在频偏且频偏值整数部分为奇数时定时不准确的问题。仿真结果表明,无论系统中是否存在频偏,所提算法相较于原算法都能准确找到定时位置。3)针对海上信道下的频偏估计问题,在分析经典频偏估计算法在海上信道环境中性能表现的基础上,提出了一种基于子载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI)自抵消技术的频偏估计算法。该算法在Moose算法基础上通过重新设计导频序列并在接收端引入自抵消技术,降低了ICI对接收信号的影响,从而提高频偏估计精度。仿真结果表明,在海上动态多径信道模型中,所提算法相较于Moose算法,性能提升约为3dB。4)面向海上无线通信环境针对OFDM系统物理层接收机同步模块整体方案完成FPGA实现。并针对帧同步模块提出了一种降低硬件实现复杂度的方案。该方案通过重新定义判决函数,使得每一次的复数乘法运算都可以省去两次加法运算。结果表明,提出方案在FPGA查找表和寄存器资源占用上相比原方案各减少了49.7%和32.8%。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.53
【部分图文】：
第五章 海上无线通信环境下同步方案 FPGA 实现加，经过 1024 个时钟的累加运算之后，将最终的累加值输入 CORDIC 核，CORDIC核通过输入的实部和虚部数据计算并输出相角值，得到当前帧的小偏估计值。对粗小偏估计模块进行综合前仿真时，首先用 Matlab 产生数据源，在 Vivado 中编写 testbench 将数据源读入，并将 Modelsim 的仿真结果与 Matlab 仿真结果对比，以验证该模块的正确性。Modelsim 的仿真波形图如图 5.6 所示：
第五章 海上无线通信环境下同步方案 FPGA 实现i_rst1 2 3 4······ 1024······1 2 34mult_out ······1024data_corr(1)1 2 3 4······ 852o_IFS_enov_IFS IFS ······iv_dataRi_data_en6852data_corr(50)1 2 3 4······ 852852······50550i_clki_clk图5.8整偏估计模块时序图对整偏估计模块进行 Modelsim 仿真，仿真波形图如图 5.9 所示：
i_rst1 2 3 4······ 1024······mult_outcordic_out1 2 3 4······ 852o_FSS_eno_FSS_est FSS ······iv_dataRi_data_en6852sum_angle1 2 3 4······ 85285221 2 3 4······ 852mult_out_1 1 ······4······2i_clki_clk0图5.11精定时模块时序图对精定时估计模块进行 Modelsim 仿真，仿真波形图如图 5.12 所示：
本文编号：2818731
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.53
【部分图文】：
第五章 海上无线通信环境下同步方案 FPGA 实现加，经过 1024 个时钟的累加运算之后，将最终的累加值输入 CORDIC 核，CORDIC核通过输入的实部和虚部数据计算并输出相角值，得到当前帧的小偏估计值。对粗小偏估计模块进行综合前仿真时，首先用 Matlab 产生数据源，在 Vivado 中编写 testbench 将数据源读入，并将 Modelsim 的仿真结果与 Matlab 仿真结果对比，以验证该模块的正确性。Modelsim 的仿真波形图如图 5.6 所示：
第五章 海上无线通信环境下同步方案 FPGA 实现i_rst1 2 3 4······ 1024······1 2 34mult_out ······1024data_corr(1)1 2 3 4······ 852o_IFS_enov_IFS IFS ······iv_dataRi_data_en6852data_corr(50)1 2 3 4······ 852852······50550i_clki_clk图5.8整偏估计模块时序图对整偏估计模块进行 Modelsim 仿真，仿真波形图如图 5.9 所示：
i_rst1 2 3 4······ 1024······mult_outcordic_out1 2 3 4······ 852o_FSS_eno_FSS_est FSS ······iv_dataRi_data_en6852sum_angle1 2 3 4······ 85285221 2 3 4······ 852mult_out_1 1 ······4······2i_clki_clk0图5.11精定时模块时序图对精定时估计模块进行 Modelsim 仿真，仿真波形图如图 5.12 所示：
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 郭欣欣;吴长奇;司瑞华;苏立娟;;循环前缀中插入四元序列的频偏估计研究[J];无线电通信技术;2011年05期
本文编号：2818731
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