数据辅助的OFDM系统符号定时偏差和载波频偏联合估计方法研究
发布时间：2021-04-18 14:14
正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）主要利用多个存在正交关系的子载波来传输数据信息流,该技术具有高频谱利用率以及较强的抗干扰能力等优点,因此在现代通信技术中获得了广泛的应用。OFDM技术中子载波的正交性是该技术的突出特点,但也会导致OFDM信号极易受到同步偏差的影响,同步偏差会导致信号产生相位旋转并且破坏载波之间正交性,从而影响信号的传输。为了解决OFDM传输系统产生同步偏差的问题,本文在基于数据辅助同步算法的基础上重构了一种具有强相关性的训练序列数据块,以此实现对符号偏差和载波偏差的联合估计。主要内容有:（1）介绍了课题的研究背景,并总结概括了同步算法的研究和发展,其中同步算法主要介绍了数据辅助型同步算法和非数据辅助型同步算法两类;（2）理论推导了符号定时同步、载波同步和采样钟同步的同步偏差对系统性能产生的影响,并仿真验证,根据同步偏差之间的联系构建了传输系统的整体同步框架模型,并分析系统的同步过程;（3）最后对原有的基于训练序列的同步算法进行理论分析及仿真验证,综合考虑原有同步算法在训练序列构造上的相互关...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFDM系统基本原理框图
OFDM系统原理及偏差分析9当stt或sttT时，ts0)(。OFDM传输系统中输出信号的等效信号可表示为：TtttttTijTttrectdtssssNisi)](2exp[)2()(10（2-2）在公式（2-2）中，ts)(表示的是一个复数形式的传输信号。该信号对应的实部和虚部，在传输系统中的基带信号中对应对式为I路和Q路两路信号分量，将这两路信号分别加载到存在相互正交关系的子载波上，之后再进行加和从而形成OFDM符号，在系统中进行传输。存在正交关系的子载波如图2-3所示：图2-3包含3个子载波的OFDM系统Fig.2-3OFDMsystemwith3subcarriers从图2-3可以得到，相邻子载波之间的周期数差值为整数倍周期，由此可以得到，OFDM传输系统的子载波之间是彼此正交的，其载波正交性可以表示为：nmnmdttfjtfjTmTn，，01)2exp()2exp(10（2-3）在通信系统的接收端，可以根据上述性质子载波间的正交性分离出加载到子载波上的数据信息流，假设在接收端解调序号为n的子载波上加载的数据符号，可以得到：nTttsNiiiNisiTttsnddtttTnijdTdttTijdttTnjTdssss))(2exp(1))(2exp())(2exp(11010（2-4）由上式可知，由于子载波之间存在正交性，符号nd可以在不受噪声干扰的情况下得到完全恢复。以上的理论推导都是在假定传输信号是时域信号的情况下进行的，实际当信号处于频域环境下，传输信号的正交性更加清晰明了，图2-4为传输信号的频谱特性图，由图可以看出，在传输过程中，一个传输信号的频谱达到最大值的时候，对应频率位置的其他信号频谱值为零。若在理想传输情况下，子载波之间满足彼此正交的要求，那么传输信号之间不存在多余的干扰，在这种情况下，传输系统性能稳定。综
西安理工大学工程硕士专业学位论文10的子载波取值都为零[43]。图2-4OFDM系统子载波频谱图Fig.2-4OFDMsystemsubcarrierspectrum在传输系统中，信号解调技术实质上就是计算每个子载波上加载信号的频谱取值最大的地方，只要维持子载波的正交性，且其他子载波不会发生偏移，接收端就能够从传输的复杂信号中，恢复出每个载波上对应的原始传输信号，并且不会受到其他子载波的干扰，降低传输信号的误码率[44]。OFDM系统的整体传输框架如图2-5所示：图2-5OFDM系统框图Fig.2-5OFDMsystemblockdiagram由图2-5可知,在传输系统的发射端首先将输入的数据信息流进行编码、交织等，之后将信息流加载到载波上，并映射成基带信号，并对信号进行串并变换，将一路信号变为多路的符号[45]。发送端将传输系统中的数据流分别加载到对应的子载波上，将加载的信息用相位和幅度两个参数表示，并将信号从频域转换为时域信息。通过并串变换后，加入符号特有的循环前缀，最后实现数模变换(DigitaltoAnalogConversion,DAC)，上变频将信号发送到信道中进行传输[46]。在基本的通信系统中都会利用IFFT变换与IDFT变换进行调制解调，不同点是IFFT具有更高的数据运算率，所以更加适合用于所有的通信系统。以上部分介绍的是该系统框图中的发射端部分，在接收端对信号进行解调时，所需要解调的步骤与发射端相反。在OFDM传输系统中，调制与解调部分的变换机制是采用原理相
【参考文献】：
期刊论文
[1]高动态环境OFDM UWB同步技术研究[J]. 孙童,冯亚琪,班如乾,任世杰. 科技视界. 2019(11)
[2]OFDM系统同步技术研究[J]. 袁长青,于江,张进波,王春岭,沈刘平. 中国无线电. 2016(08)
[3]突发分组OFDM系统中载波同步算法的改进[J]. 丁晨. 计算机系统应用. 2015(12)
[4]On a Hybrid Preamble/Soft-Output Demapper Approach for Time Synchronization for IEEE 802.15.6 Narrowband WBAN[J]. Imen Nasr,Leila Najjar Atallah,Sofiane Cherif,YANG Jianxiao,WANG Kunlun. 中国通信. 2015(02)
[5]一种高效的OFDM载波频偏盲估计方法[J]. 周德富,蔡惠智. 电讯技术. 2012(01)
[6]Gardner算法在OFDM采样率同步中的应用[J]. 王磊,徐大专. 电子与信息学报. 2011(04)
[7]基于前导序列的OFDM定时同步与信道估计算法[J]. 张阳,李维英,李建东,庞立华. 电路与系统学报. 2009(06)
[8]OFDM系统中的一种有效频偏估计算法[J]. 禹永植,张兴周,孙会楠. 系统仿真学报. 2008(14)
博士论文
[1]正交频分复用系统时频同步算法的研究[D]. 李艳苹.哈尔滨理工大学 2012
硕士论文
[1]基于FPGA的F-OFDM的同步系统的设计与实现[D]. 薛学明.北京邮电大学 2019
[2]OFDM系统同步偏差的补偿及FPGA实现[D]. 历莉.电子科技大学 2019
[3]基于软件无线电的OFDM调制与解调技术研究[D]. 刘琴.北京邮电大学 2019
[4]面向海上无线通信的OFDM同步技术[D]. 杨涛.西安电子科技大学 2018
[5]MIMO-OFDM系统同步方法的研究与应用[D]. 宋冬梅.扬州大学 2018
[6]MIMO-OFDM同步技术研究与实现[D]. 易熙杰.电子科技大学 2017
[7]基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真[D]. 付芳琪.陕西科技大学 2016
[8]OFDM系统中载波同步算法的研究[D]. 崔会会.西安电子科技大学 2015
[9]高速移动环境OFDM系统频偏估计算法研究[D]. 唐云.北京邮电大学 2015
[10]OFDM同步技术研究及实现[D]. 柴立凯.西安电子科技大学 2014
本文编号：3145613
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFDM系统基本原理框图
OFDM系统原理及偏差分析9当stt或sttT时，ts0)(。OFDM传输系统中输出信号的等效信号可表示为：TtttttTijTttrectdtssssNisi)](2exp[)2()(10（2-2）在公式（2-2）中，ts)(表示的是一个复数形式的传输信号。该信号对应的实部和虚部，在传输系统中的基带信号中对应对式为I路和Q路两路信号分量，将这两路信号分别加载到存在相互正交关系的子载波上，之后再进行加和从而形成OFDM符号，在系统中进行传输。存在正交关系的子载波如图2-3所示：图2-3包含3个子载波的OFDM系统Fig.2-3OFDMsystemwith3subcarriers从图2-3可以得到，相邻子载波之间的周期数差值为整数倍周期，由此可以得到，OFDM传输系统的子载波之间是彼此正交的，其载波正交性可以表示为：nmnmdttfjtfjTmTn，，01)2exp()2exp(10（2-3）在通信系统的接收端，可以根据上述性质子载波间的正交性分离出加载到子载波上的数据信息流，假设在接收端解调序号为n的子载波上加载的数据符号，可以得到：nTttsNiiiNisiTttsnddtttTnijdTdttTijdttTnjTdssss))(2exp(1))(2exp())(2exp(11010（2-4）由上式可知，由于子载波之间存在正交性，符号nd可以在不受噪声干扰的情况下得到完全恢复。以上的理论推导都是在假定传输信号是时域信号的情况下进行的，实际当信号处于频域环境下，传输信号的正交性更加清晰明了，图2-4为传输信号的频谱特性图，由图可以看出，在传输过程中，一个传输信号的频谱达到最大值的时候，对应频率位置的其他信号频谱值为零。若在理想传输情况下，子载波之间满足彼此正交的要求，那么传输信号之间不存在多余的干扰，在这种情况下，传输系统性能稳定。综
西安理工大学工程硕士专业学位论文10的子载波取值都为零[43]。图2-4OFDM系统子载波频谱图Fig.2-4OFDMsystemsubcarrierspectrum在传输系统中，信号解调技术实质上就是计算每个子载波上加载信号的频谱取值最大的地方，只要维持子载波的正交性，且其他子载波不会发生偏移，接收端就能够从传输的复杂信号中，恢复出每个载波上对应的原始传输信号，并且不会受到其他子载波的干扰，降低传输信号的误码率[44]。OFDM系统的整体传输框架如图2-5所示：图2-5OFDM系统框图Fig.2-5OFDMsystemblockdiagram由图2-5可知,在传输系统的发射端首先将输入的数据信息流进行编码、交织等，之后将信息流加载到载波上，并映射成基带信号，并对信号进行串并变换，将一路信号变为多路的符号[45]。发送端将传输系统中的数据流分别加载到对应的子载波上，将加载的信息用相位和幅度两个参数表示，并将信号从频域转换为时域信息。通过并串变换后，加入符号特有的循环前缀，最后实现数模变换(DigitaltoAnalogConversion,DAC)，上变频将信号发送到信道中进行传输[46]。在基本的通信系统中都会利用IFFT变换与IDFT变换进行调制解调，不同点是IFFT具有更高的数据运算率，所以更加适合用于所有的通信系统。以上部分介绍的是该系统框图中的发射端部分，在接收端对信号进行解调时，所需要解调的步骤与发射端相反。在OFDM传输系统中，调制与解调部分的变换机制是采用原理相
【参考文献】：
期刊论文
[1]高动态环境OFDM UWB同步技术研究[J]. 孙童,冯亚琪,班如乾,任世杰. 科技视界. 2019(11)
[2]OFDM系统同步技术研究[J]. 袁长青,于江,张进波,王春岭,沈刘平. 中国无线电. 2016(08)
[3]突发分组OFDM系统中载波同步算法的改进[J]. 丁晨. 计算机系统应用. 2015(12)
[4]On a Hybrid Preamble/Soft-Output Demapper Approach for Time Synchronization for IEEE 802.15.6 Narrowband WBAN[J]. Imen Nasr,Leila Najjar Atallah,Sofiane Cherif,YANG Jianxiao,WANG Kunlun. 中国通信. 2015(02)
[5]一种高效的OFDM载波频偏盲估计方法[J]. 周德富,蔡惠智. 电讯技术. 2012(01)
[6]Gardner算法在OFDM采样率同步中的应用[J]. 王磊,徐大专. 电子与信息学报. 2011(04)
[7]基于前导序列的OFDM定时同步与信道估计算法[J]. 张阳,李维英,李建东,庞立华. 电路与系统学报. 2009(06)
[8]OFDM系统中的一种有效频偏估计算法[J]. 禹永植,张兴周,孙会楠. 系统仿真学报. 2008(14)
博士论文
[1]正交频分复用系统时频同步算法的研究[D]. 李艳苹.哈尔滨理工大学 2012
硕士论文
[1]基于FPGA的F-OFDM的同步系统的设计与实现[D]. 薛学明.北京邮电大学 2019
[2]OFDM系统同步偏差的补偿及FPGA实现[D]. 历莉.电子科技大学 2019
[3]基于软件无线电的OFDM调制与解调技术研究[D]. 刘琴.北京邮电大学 2019
[4]面向海上无线通信的OFDM同步技术[D]. 杨涛.西安电子科技大学 2018
[5]MIMO-OFDM系统同步方法的研究与应用[D]. 宋冬梅.扬州大学 2018
[6]MIMO-OFDM同步技术研究与实现[D]. 易熙杰.电子科技大学 2017
[7]基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真[D]. 付芳琪.陕西科技大学 2016
[8]OFDM系统中载波同步算法的研究[D]. 崔会会.西安电子科技大学 2015
[9]高速移动环境OFDM系统频偏估计算法研究[D]. 唐云.北京邮电大学 2015
[10]OFDM同步技术研究及实现[D]. 柴立凯.西安电子科技大学 2014
本文编号：3145613
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3145613.html
