OFDM系统联合同步与信道估计算法研究

摘要

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)作为多载波并行传输技术，是实现高速数据传输的一种有效手段。OFDM频谱利用率高，能有效对抗多径衰落和窄带干扰，目前已经是下一代无线通信关键技术之一。
　　 OFDM信号在无线信道传输过程中经历了非常恶劣的环境，其中包括信号能量的衰落、多径衰落以及信道的时变性。接收端接收的无线信号会存在定时误差和载波频偏，会对系统性能造成不良的影响。同时信号在信道传输过程中会发生失真，需要对信道参数进行估计，来改善信道误差对OFDM系统传输容量的影响，保证相干解调的正确执行。
　　 本文围绕OFDM系统同步和信道估计技术展开研究，主要完成了以下工作:
　　 (1)在对传统的训练符号辅助的符号定时同步算法分析中发现，Schmidl采用训练序列中的重复结构进行同步，定时函数有平台效应，造成定时点不准，只适合粗同步。而改进的Park和Ren算法虽然有尖锐的定时函数，但在瑞利多径衰落信道中同步性能较差，Hamed算法能较强对抗瑞利多径衰落，但算法复杂度较高。对此本文提出了一种新的OFDM系统符号定时同步算法，充分利用格雷互补序列对的自相关互补特性设计定时同步函数，在多径衰落信道下仍然能获得类似冲激函数的定时曲线，在较低算法复杂度下大大提高了同步精度，能很好用于系统粗同步和精同步。
　　 (2)对LS、DFT和LMMSE三种信道估计算法进行了研究，LS算法实现简单但因没有考虑噪声干扰使得估计精度很低，DFT与LMMSE需要对LS估计值进一步降噪获得精度更高的信道估计值，其中LMMSE算法具有最好的均方误差性能，但需要用到信道先验知识，并且涉及矩阵求逆等复杂运算。另外现有的信道估计算法都是在假定没有同步误差的情况下进行。对此本文提出利用同步过程得到的初始信道冲激响应值，设计OFDM系统联合同步与信道估计算法，得到第一信道抽头位置的同时进一步调整符号的开始位置。以上所有过程全部在时域完成，在去除噪声项后，最终的信道频域估计值通过DFT变换得到。提出的联合同步与信道估计算法以较低的系统开销与复杂度获得良好的均方误差性能。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 OFDM同步算法

1．2．2 OFDM信道估计算法

1．2．3 联合同步与信道估计算法

1．3 主要研究目标

1．4 主要研究内容和组织结构

第2章 OFDM系统同步与信道估计误差分析

2．1 OFDM系统模型

2．2 无线信道基本特征

2．2．1 幅度衰减

2．2．2 多径衰落

2．2．3 时变性

2．3 同步误差对系统性能影响

2．3．1 符号定时同步误差的影响

2．3．2 载波频率同步误差的影响

2．4 信道估计误差对系统性能影响

2．4．1 信道估计误差对系统容量的影响

2．4．2 信道估计误差对系统信噪比的影响

2．5 小结

第3章 格雷对辅助的OFDM同步算法

3．1 引言

3．2 传统数据辅助同步算法

3．2．1 Schmidl算法

3．2．2 Park算法

3．2．3 Ren算法

3．2．4 Hamed算法

3．3 格雷对辅助同步算法

3．3．1 格雷互补序列

3．3．2 训练符号

3．3．3 同步算法设计

3．3．4 同步过程分析

3．4 算法复杂度分析

3．5 仿真结果分析

3．6 小结

第4章 联合同步与信道估计算法

4．1 引言

4．2 传统信道估计算法

4．2．1 LS信道估计算法

4．2．2 DFT信道估计

4．2．3 LMMSE算法估计

4．3 基于格雷序列的联合同步与信道估计算法

4．4 算法复杂度分析

4．5 仿真结果及分析

4．6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目