OFDM系统频偏估计算法研究

发布时间：2017-05-23 21:04

  本文关键词：OFDM系统频偏估计算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：正交频分复用(OFDM)技术的调制传输形式是多载波的,已成为4G的关键技术之一,其可解决无线通信中频谱效率和多径衰落问题。频率选择性衰落信道在OFDM系统中一般可被转变成众多平坦的子信道,降低了多径的影响程度；OFDM技术中子载波间比较紧凑的形式使得频谱效率得以大大提升；OFDM技术能够和多种其他技术结合,如和MIMO技术相结合使得传输速率和可靠性大大提高。但OFDM系统中紧凑的子载波形式要求子载波之间的正交性比较严格。多普勒效应和系统本身存在的频率偏移会使子载波间的正交性出现偏差而引起子载波间干扰(ICI),造成系统传输性能下降。因此,本文针对估计载波频率偏移(Carrier Frequency Offset, CFO,简称频偏)的算法进行研究,以期得到性能更优的频偏估计算法。首先,本文系统地分析了无线通信信道的特征、OFDM技术基本原理、频偏产生的原因以及频偏对OFDM系统传输性能的影响；其次,深入研究了现有的CFO估计算法,总结各个方法的优缺点和特点,并给出了MATLAB仿真和理论分析相结合的验证。接着,在分析现有算法特点的基础上,把关注点放在了传统基于循环前缀(Cyclic Prefix,CP)和基于一种循环后缀(Cyclic Suffix, CS)的CFO估计算法上,总结出缩短求相位差运算数据的时间差可增大估计范围而估计精度降低这一特点,根据这一特点设计了一种新的保护间隔(Guard Interval, GI)的结构(本文称为CP+CS结构),使基于这种结构的CFO估计算法在估计范围和精度上得以兼得,且这一结构随着GI的长度增大其估计性能会迅速变得更好。另外,针对此结构在CFO估计时至少需要等待二个符号到达,算法的时延增大这一缺点,本文重新设定了GI的结构(本文称为2CP结构),使算法在一个OFDM符号内即可完成估计,且性能和基于CP+CS结构的CFO估计算法性能相同。最后,将基于传统CP的CFO估计算法在多径信道下“变缓”现象消除的改进方案应用到基于CP+CS结构的CFO估计算法中,仿真结果表明,与应用到传统基于CP和基于一种CS的CFO估计算法中相比,基于CP+CS的频偏估计算法在运用这些方案时性能更优。
【关键词】：OFDM 载波频率偏移 保护间隔 循环前缀 循环后缀 导频 训练序列
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究背景及意义10-11
• 1.2 OFDM技术发展和优缺点11-12
• 1.2.1 OFDM技术的发展11
• 1.2.2 OFDM技术的优点11-12
• 1.2.3 OFDM技术的缺点12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 论文的主要工作和结构安排14-16
• 第2章 无线信道与OFDM系统分析16-26
• 2.1 无线信道16-20
• 2.1.1 无线信道的特点16
• 2.1.2 小尺度衰落分析16-18
• 2.1.3 几种重要无线信道统计模型18-20
• 2.2 OFDM技术原理20-25
• 2.2.1 OFDM调制与解调20-22
• 2.2.2 子载波间干扰分析(ICI)和信干比(SIR)22-24
• 2.2.3 保护间隔24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 OFDM系统频偏估计算法26-42
• 3.1 OFDM系统频偏信号模型26
• 3.2 非数据辅助CFO估计方法26-34
• 3.2.1 基于循环前缀相关的CFO估计算法26-27
• 3.2.2 基于循环前缀非相关性的CFO估计算法27-28
• 3.2.3 基于一种循环后缀相关的CFO估计算法28
• 3.2.4 基于代价函数的CFO估计算法28-30
• 3.2.5 非数据辅助CFO估计算法性能分析30-34
• 3.3 基于训练序列的CFO估计算法34-38
• 3.3.1 基于训练序列的算法35-37
• 3.3.2 基于训练序列的CFO估计算法的性能分析37-38
• 3.4 基于导频的CFO估计方法38-40
• 3.5 三种不同实现CFO估计算法仿真分析40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 OFDM系统频偏估计算法的改进42-58
• 4.1 基于一种循环后缀的CFO估计算法改进42-46
• 4.1.1 一种CS结构分析42-43
• 4.1.2 基于CS结构用相关频偏估计算法进行改进43-44
• 4.1.3 基于CS结构用非相关频偏估计算法进行改进44-45
• 4.1.4 基于CS结构改进方案的仿真分析45-46
• 4.2 基于循环后缀和循环前缀相结合的CFO估计算法46-52
• 4.2.1 本文提出的CP+CS结构分析46-47
• 4.2.2 CP+CS结构算法分析47
• 4.2.3 CP+CS结构的CFO估计算法优化方案47-49
• 4.2.4 CP+CS结构算法仿真分析49-52
• 4.3 一种基于同传统CP结构相近的CFO估计算法52-56
• 4.3.1 结构分析52-53
• 4.3.2 基于2CP结构的CFO估计算法分析53-54
• 4.3.3 基于2CP结构的CFO估计算法的仿真分析54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 全文总结及展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果65

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