OFDM系统中定时同步与频偏估计的研究

摘要

OFDM（正交频分复用）是一种多载波传输技术。具有抗频率选择性衰落、抗码间干扰(ISI)和频谱利用率高等优点，能够在复杂的无线信道中提供高速的数据传输，被认为是下一代移动通信系统即4G的核心技术。但是，OFDM技术对同步误差非常敏感，系统中的定时误差和载波频偏，会造成载波间干扰(ICI)和码间干扰(ISI)，影响OFDM系统的整体性能。因此同步技术的研究成了现代通信领域中的研究热点。
　　本文对目前国内外OFDM同步算法的研究进行了综述，针对数据辅助型和非数据辅助型同步算法存在的问题进行了分析，发现基于训练序列的同步算法更具实际应用的意义，因此，本文将目标集中在对基于训练序列的同步算法的研究。论文所做工作如下:
　　1、通过理论推导和计算机仿真分析了定时偏差和载波频偏对OFDM系统信号造成的影响，论证了在OFDM系统中采用同步技术的必要性;2、对经典的S&C、Minn、Park算法及改进的S&C同步算法进行了分析，在此基础上提出一种具有共轭对称结构的Chu序列定时同步改进算法。改进的同步算法借鉴Park算法和改进的S&C算法，对S&C算法进行了改进，重新设计了训练序列和定时测度函数，采用Chu序列作为训练序列，克服了S&C算法的峰值平台和Park算法的多尖峰现象，为进一步提高载波频偏估计的性能奠定了基础。3、基于改进的定时同步算法，针对S&C算法和改进的S&C算法在进行整数倍频偏估计前需要进行FFT运算这一问题，利用整数倍频偏对Chu序列相关特性的影响，设计了基于Chu序列整数倍频偏特性的整数倍频偏估计算法，在时域完成整数倍频偏估计，省去了FFT运算;基于已有的训练序列结构，重新设计了小数倍频偏估计算法。小数倍频偏粗估计算法利用训练序列的重复结构，取得了与S&C算法一致的频偏估计范围;小数倍频偏精估计算法则采用基于循环前缀的小数倍频偏估计算法。
　　计算机仿真结果表明，改进的基于训练序列的时频同步算法，克服了S&C算法、Minn算法和Park等算法的缺点，在信噪比较低的AWGN信道和多径信道下，均能获得精确的定时同步和频偏估计。