多载波滤波器组和载频同步技术的研究

摘要

本文在读研究生学位期间，参与了“FuTURE”项目的重大子项——“GMC-xDMA”中的广义多载波传输系统的研制。研究了广义多载波并行传输技术。该技术采用宽子带传输信息，降低了对频偏的敏感度，同时，采用广义DFT调制滤波器组实现广义多载波并行传输，调整了各个子载波的中心频率，使发送端的输出信号频谱关于原点对称，便于利用偶数个子载波传送数据。 为了简化广义多载波系统的实现，利用调制型滤波器组结构上的对称性，从分块处理的角度出发，推导了广义多载波系统的快速实现算法，提高了运算单元的使用效率，减小了系统的实现代价。在此基础上，根据FPGA的结构特点，设计了广义多载波分析系统的FPG．~{实现结构，并对采用四天线发送和接收的FPGA实现结构做了优化。 针对多载波传输中所遇到的载波频偏问题，给出了几种载波频率偏移的估计算法，这些算法中有常见的基于导频的估计算法(该算法属于数据辅助算法)，也有目前比较新的基于信号的循环平稳特性而提出的盲估计算法。数据辅助算法是现在应用较多的一类方法，他的基本思想是利用辅助信息帮助检测和估计信号。这类方法有优势，也有缺点，一方面它有很好的估计性能，另一方面这类方法由于需要传送辅助信息而降低了有效的数据传输速率，而且在某些场合下这类方法不可用。因此，有必要寻找非数据辅助的载波频率偏移算法，这类算法虽然检测精度不是很高，却能够有效的提高信号的传输速率。本文中给出的几种算法其原理是利用循环平稳信号处理的一些方法将载波频率偏移量转移到循环频率轴上，由于噪声和其他干扰信号不具有循环平稳特性而没有循环频率，由此可以具有较好的检测性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2多载波技术简介

1.2.1正交频分复用(OFDM)

1.2.2离散多音调制(DMT)和离散小波多音调制(DWMT)

1.3多载波技术的应用——广义多载波传输系统

1.4论文的主要工作和结构

参考文献

第二章多速率信号处理概念

2.1多速率系统的基本概念

2.1.1基本构造模块

2.1.2多速率的一些定义和特性

2.2双正交伴(Biorthogonal Partners)

2.2.1广义逆

2.2.2滤波器组的定义与关系

2.3多速率在数字通信中的应用

2.3.1数字通信系统

2.3.2数字通信中的多速率系统：滤波器组预编码器

2.4小结

参考文献

第三章多载波传输理论

3.1多载波系统介绍

3.2多载波传输系统基本模型：

3.3信道长度的截取

3.4同步

3.5承载算法(loading algorithms)

3.6小结

参考文献

第四章广义多载波传输系统

4.1引言

4.2广义多载波并行系统原理

4.3广义多载波并行系统参数选择

4.4基于FFT的多载波滤波器组快速实现算法

4.5在GMC-TDD-xDMA系统中的应用

4.6小结

参考文献

第五章广义多载波滤波器组的FPGA实现

5.1多载波滤波器组的设计环境

5.1.1 FPGA简介

5.1.2FPGA的设计流程

5.2合成滤波器组的实现结构

5.2.1前移频模块

5.2.2 IFFT模块

5.2.3后移频模块

5.2.4扩展模块

5.2.5点乘模块

5.2.6加法移位模块

5.2.7对外接口模块

5.2.8合成滤波器组占用的资源

5.2.9合成滤波器组的性能仿真

5.2.10四天线合成滤波器组的FPGA实现

5.3分析滤波器组的FPGA实现

5.3.1输入滑动模块

5.3.2点乘分组求和模块

5.3.3广义DFT模块

5.3.4输出接口模块

5.3.5控制模块

5.3.6广义多载波分析系统对外接口时序与实现总图

5.3.7参数确定与性能仿真

5.3.8四天线接收的分析系统FPGA实现的优化

参考文献

第六章循环平稳理论概述

6.1引言

6.2一阶周期性

6.3循环自相关函数

6.4谱相关密度函数

6.4.1谱相关密度函数

6.4.2滤波对谱相关密度函数的影响

6.4.3波形对谱相关密度函数的影响

6.5时变累积量

6.5.1正弦渡抽取运算

6.5.2分时概率分布函数

6.5.3时变矩与时变累积量

6.5.4几乎周期函数

6.5.5循环遍历性

6.6循环矩与循环累积量

6.6.1循环矩与循环累积量

6.6.2循环累积量的性质

6.7循环多谱

参考文献

第七章基于数据辅助的多载波频率偏移估计

7.1介绍

7.2 OFDM系统中频率偏移的影响

7.3最大似然估计(ML)算法

7.4基于循环前缀的频率偏移估计

7.4.1估计的统计特性

7.4.2多径信道中的频率偏移估计

7.4.3小结

7.5基于导频的频率偏移估计

7.5.1利用导频序列在多径条件下估计频率偏移

7.5.2利用导频估计频率偏移

参考文献

第八章基于循环平稳的载波频率偏移估计

8.1基于循环平稳特性的盲载波偏移估计算法

8.1.1算法的提出

8.1.2估计器性能以及仿真结果

8.1.3算法改进

8.1.4改进算法的性能分析与仿真结果

8.1.5盲估计算法的信号处理解释

8.2基于空间分集的循环相关载频偏移估计算法

8.2.1原理

8.2.2算法改进

8.3载频偏移估计循环频率谱算法

参考文献

致谢