无线多媒体传感网OFDM系统同步算法的研究与实现

摘要

正交频分复用(OFDM)技术是无线多媒体传感网物理层的核心技术之一，具有频谱利用率高、数据传输速率高和抗多径衰落能力强等优点，已成为现代无线通信系统中的热门技术。但是OFDM系统对定时偏移和载波频偏非常敏感，因此同步技术成为OFDM系统中重点研究的关键技术之一。
　　 本文首先介绍OFDM系统的基本原理，分析OFDM系统的优缺点和关键技术，给出各种同步偏差对系统性能的影响，分析同步对OFDM系统的重要性；重点讨论了国内外学者提出的几种经典OFDM同步算法，包括基于训练序列的SC算法、Minn算法和Park算法，基于循环前缀的最大似然算法，给出了这些算法的性能仿真结果，并对部分算法的性能和硬件实现复杂度进行了分析比较。在此基础上构造辅助序列，设计了一种适合于无线多媒体传感网OFDM系统的改进同步算法，定时同步方面使用-种改进的SC算法做帧检测，用Minn算法做进-步的精确定时；载波同步方面通过对长度不同的两个训练序列分别实现粗载波同步和细载波同步，同时分析了算法性能，给出了性能仿真结果。仿真结果表明本文设计的同步算法在定时同步方面性能优于SC算法和Minn算法，仅次于Park算法；载波同步性能比SC算法载波同步效果好。
　　 本文接下来进行了无线多媒体传感网OFDM同步电路的VLSI前端设计。设计了OFDM同步电路的总体结构，详细论述了同步电路中复数乘法器、累加器、移位寄存器、CORDIC算法和除法器电路的逻辑功能和实现结构，编写Verilog HDL代码完成RTL设计，并完成了代码的仿真。
　　 最后将无线多媒体传感网OFDM同步电路在Altra公司EP2S90型FPGA进行验证。设计同步电路的FPGA测试平台和测试方案，对验证结果进行分析。验证结果表明，在OFDM-个符号长度为128采样点的情况下，定时偏差为1个采样点，载波频偏为子载波频率间隔的0.25％，本文所设计的无线多媒体传感网OFDM同步电路各项性能指标均达到系统要求。