新一代移动通信系统移动终端速度估计技术研究

摘要

随着移动通信的发展，新一代移动通信(B3G, Beyond 3<'rd>Generation)系统已逐渐成为研究与开发的热点。正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术具备频谱利用率高、抗多径能力强、带宽扩展性好等优点，是新一代移动通信系统中最有竞争力的技术之一。移动终端的速度或最大多普勒频移是新一代移动通信系统的重要参数，能应用于无线资源管理、切换以及接收机物理层性能优化等领域。本文主要研究了OFDM系统中的移动终端速度估计技术。 论文首先分析了信号在无线传输中所经历的时频选择性衰落特性，推导介绍了单载波系统中基于接收信号的经典速度估计方法：电平通过率法(LCR，Level Crossing Rate)、零通过率法(ZCR，ZeroCrossing Rate)和协方差近似法(coy,COVariance)等。在此基础之上，通过分析OFDM系统的信道模型与信道估计，提出了基于OFDM系统的速度估计方案；方案以OFDM系统的信道估计作为速度估计的输入，应用单载波系统经典速度估计原理，实现了OFDM系统的速度估计。据此估计方案，给出了基于OFDM系统LCR、ZCR及COV速度估计的实现步骤，比较分析了三者在加性白高斯噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)信道中的性能，还根据性能分析提出了改进的应用。 论文提出了通过调节协方差计算间隔来降低误差的基于COV的精确速度估计。通过对AWGN信道下的COV速度估计精确建模，数值分析了协方差计算间隔对COV算法本身精度及噪声因子的影响；根据分析的结果，以归一化平均误差最小为目标对估计算法进行了改进，获得了基于COV的精确速度估计；最后还对算法的可行性进行了讨论。 从应用出发，论文还对提出的基于OFDM系统的速度估计方案用Verilog语言完成了现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable GateArrays)设计。。FPGA设计中，采用等效算法，优化了速度估计算法中的数值计算，降低了实现的复杂度。最后设计实现了实验验证系统，对FPGA设计进行验证，为后续开发建立平台；通过软硬件联调，实测的结果验证了FPGA设计的正确性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2新一代移动通信系统概述

1.2.1 OFDM系统的发展与应用

1.2.2 OFDM系统的特点

1.2.3 OFDM传输技术原理

1.3移动终端速度估计技术简介

1.3.1移动终端速度估计技术的应用

1.3.2移动终端速度估计技术的发展

1.4论文内容安排

第二章衰落信道特性及移动终端速度估计算法

2.1引言

2.2时间—频率选择性衰落信道特性

2.2.1 WSSUS信道统计特性

2.2.2信道的时延扩展特性和相干带宽

2.2.3信道的多普勒功率谱特性和相干时间

2.2.4新一代移动通信系统的典型信道参数

2.2.5瑞利(Rayleigh)衰落信道模型

2.3经典移动终端速度估计算法

2.3.1信号模型

2.3.2电平通过率速度估计(LCR)、零通过率速度估计(ZCR)

2.3.3协方差近似速度估计(COV)

2.4本章小结

第三章基于OFDM系统的移动终端速度估计

3.1引言

3.2 OFDM信道模型及其信道估计

3.2.1 OFDM系统离散信道模型

3.2.2 OFDM信道估计

3.3基于OFDM系统的速度估计

3.3.1基于OFDM系统速度估计的系统模型

3.3.2基于OFDM系统的LCR/ZCR速度估计

3.3.3基于OFDM系统的COV速度估计

3.3.4噪声性能分析的应用

3.4仿真结果与分析

3.5本章小结

第四章基于COV的精确速度估计

4.1引言

4.2基于COV的精确速度估计算法

4.3速度估计算法的性能分析

4.3.1噪声环境下的估计结果

4.3.2噪声环境下速度估计的性能

4.4速度估计最优性能的实现及其可行性

4.4.1速度估计最优性能的实现

4.4.2最优性能实现方法的可行性

4.5算法总结

4.6仿真结果与分析

4.7本章小结

第五章OFDM系统速度估计的硬件实现及其验证

5.1引言

5.2速度估计的FPGA设计

5.2.1速度估计模块的接口及总体框图

5.2.2速度估计各子模块的详细设计

5.2.3速度估计模块FPGA设计的综合结果

5.3速度估计模块FPGA设计的实验验证系统

5.3.1速度估计模块FPGA设计实验验证系统的总体方案

5.3.2主控计算机应用程序的设计

5.3.3 USB接口模块的设计

5.3.4速度估计处理模块及其显示、接口的FPGA开发板设计

5.3.5验证系统的联调与实测结果

5.4本章小结

第六章结束语

6.1论文工作总结

6.2下一步工作的建议

致谢

参考文献

硕士期间发表的文章