异构无线移动通信系统中的频率同步算法研究

摘要

无线通信技术发展日新月异，各种层出不穷的无线接入技术和通信网络共同为用户提供了多标准，多协议，多服务的异构移动通信环境。异构环境下业务的融合，网络的融合，终端的融合将成为下一代无线通信研究的热点。无线局域网IEEE802.11a，无线城域网IEEE802.16e，移动通信网LTE在物理层都使用OFDM/OFDMA传输技术，基于OFDM/OFDMA的系统都存在频率同步问题。本文通过对这三种协议和同步原理进行分析，找出在频偏问题处理上的共性，提出了实现这三种基于OFDM技术的异构通信系统频率同步方案，为未来融合终端中同步技术的研究奠定基础。
　　首先，论文研究了IEEE802.11a，IEEE802.16e，LTE三种通信体制下的频率同步原理。主要包括物理层OFDM技术的分析，频率同步的处理过程以及同步过程中使用的算法。
　　其次，本文提出一种解决IEEE802.11a，IEEE802.16e，LTE中频率同步问题的方案。方案内容有：第一，提出循环前缀长度检测算法，用于确定不同通信体制中OFDM信号循环前缀长度，检测中利用了互相关运算中出现的峰值平台长度等于循环前缀长度这一特性，通过对峰值平台长度的检测间接确定了循环前缀长度。第二，提出适应于异构通信系统的符号定时和频偏估计算法，算法的基本原理是利用循环前缀的相关性，为提高算法性能，本文从抗多径干扰能力，同步精度，算法实现复杂度方面进行了改进。提高抗多径干扰能力的方法是首先通过多径时间延时功率谱估计出不受多径影响的无符号干扰循环前缀区，然后利用该区域的相关性进行同步。提高同步精度的方法是将基于LTE主同步信号的同步算法和基于循环前缀的ML算法结合，共同完成时频估计。在算法实现复杂度方面，提出了粗同步和精同步两种工作模式的时频估计器。第三，提出一种基于异构导频和信道估计技术的载波相位跟踪同步算法，不同的信道估计技术对算法性能影响较大，本文研究了不同信道估计技术下载波相位跟踪算法的性能。
　　最后，本文对频率同步方案中基于循环前缀的符号定时和频偏估计算法进行FPGA设计。包括粗符号同步设计，精符号同步设计，精频偏估计模块设计。通过功能仿真和布局布线后的时序仿真验证了算法的正确性。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 频率同步算法研究现状

1.2.1 基于训练序列的算法研究现状

1.2.2 基于循环前缀算法研究现状

1.2.3 盲估计算法研究现状

1.3 本文的主要研究内容和组织结构

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 论文的组织结构

第2章 异构无线移动通信系统中的频率同步原理

2.1 IEEE802.11a中的频率同步

2.1.1 IEEE802.11a的物理层帧结构和频率同步概述

2.1.2 频率偏移对OFDM系统性能的影响

2.1.3 IEEE802.11a中的频率同步算法

2.2 IEEE802.16e的频率同步

2.2.1 OFDMA上行链路中的频率同步

2.2.2 OFDMA下行链路中的频率同步

2.3 LTE下行链路中的频率同步

2.3.1 LTE下行链路中帧结构

2.3.2 LTE下行链路中的同步信号和同步方案

2.4 小结

第3章 异构通信系统中的频率同步算法研究

3.1 异构环境下的频率同步算法方案

3.2 基于峰值平台的循环前缀长度检测算法

3.3 异构通信系统中的符号定时和频偏估计算法

3.3.1 ML符号定时和频偏估计算法

3.3.2 适应于多径信道的ML符号定时和频偏估计算法

3.3.3 基于LTE主同步信息和循环前缀的同步方法

3.3.4 一种低复杂度的ML时频估计算法

3.4 基于异构导频和信道估计技术的载波相位跟踪算法

3.4.1 导频信号

3.4.2 算法的基本原理

3.4.3 算法的仿真

3.5 小结

第4章 异构通信系统中符号定时和频偏估计算法实现

4.1 定时同步和频偏估计算法实现方案

4.2 时频同步算法的FPGA设计

4.2.1 粗同步的FPGA设计

4.2.2 精同步模式下的符号定时模块的FPGA设计

4.2.3 精同步中的频偏估计算法的FPGA设计

4.2.4 符号定时同步和频偏估计器仿真

4.3 小结

结 论

参考文献

致 谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的学术科研活动