OFDM移动通信系统中多普勒频移估计研究

摘要

通信技术在90年代末期之后进入了飞速发展的阶段，从2G到3G再发展到目前的4G，在现代的主流移动通信系统中，OFDM技术应用最为广泛，而且在众多的高速数据传输场景中有较好的表现。随着全民提速时代的到来，高移动速度带来的多普勒频移增大问题却不可避免，OFDM移动通信系统中的交织技术，资源分配策略和切换判决等都需要参考最大多普勒频移值。最大多普勒频移值估计的准确性，将会直接影响整个通信系统的性能，因此具有十分重要的现实意义。
　　本文首先对移动通信发展状况进行了简要的介绍，总结了OFDM系统的优缺点和OFDM符号结构特点，随后分析了三种经典的最大多普勒频移值估计方法，并分别对其在OFDM系统中算法的适用性做了分析说明。由于算法分析需要在仿真信道环境下进行，因此本文分析了陆地移动通信信道的特点，同时针对具有Jakes功率谱的瑞利衰落信道进行建模，并对所建立的信道进行仿真和性能考察。本文根据自相关函数(ACF)算法的理论基础，即周期性的信号经过信道传输以后，其自相关函数和最大多普勒频移值之间的关系满足第一类零阶贝塞尔函数的特点，分析了采用循环前缀自相关函数算法的不足。该算法实际上是利用了OFDM符号的循环前缀是OFDM符号末尾部分的一个简单复制，因而可以把循环前缀看成是一个伪周期信号，这样就可以利用这个伪周期信号的相关函数求得信道的最大多普勒频移值。由于循环前缀的长度有限，该方法在计算相关值时受噪声的随机影响比较大，从而导致最大多普勒频移值的估计误差较大。而且在进行相关运算时，相关时间τ值也很小，那么在利用贝塞尔函数从自相关函数值求解最大多普勒频移值时会带来较大的求逆误差。本文根据循环前缀算法的不足，在基于ACF算法原理基础上，分别提出了两种改进算法:改进方法一是采用S&C同步符号的重复结构进行多普勒频移估计，由于S&C同步符号的数据量远远大于循环前缀的长度，这样在进行相关运算时，提高了多普勒频移估计值的抗噪声能力，但这种算法仍然具有和利用循环前缀估计时，相关时间较小的相同的缺点。改进方法二在LTE的帧结构中利用PUSCH信道具有周期性信号的特点进行最大多普勒频移值的估计，该方法不仅增加了参与相关运算的数据量，而且由于其相关时间较大，从而在常规的运动速度范围内，可以将对应的最大多普勒频移值的动态范围几乎扩展到贝塞尔函数的整个第一单调区间内，从而降低了利用贝塞尔函数求多普勒频移值时非线性的影响，估计性能全面优于采用CP的方法，尤其在低信噪比下有很好的表现。

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摘要

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表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 移动通信发展与演进

1．2 国内外研究背景及趋势

1．3 论文研究内容和安排

第二章 OFDM系统原理及经典的速度估计方法

2．1 单载波和多载波传输系统

2．1．1 单载波传输系统的信号模型

2．1．2 OFDM传输系统的信号模型

2．2 OFDM技术原理

2．2．1 OFDM符号结构及其特点

2．2．2 OFDM技术的优缺点

2．3 经典移动终端速度估计方法

2．3．2 包络协方差(COV)法

2．3．3 相关函数(ACF)法

2．4 本章小结

第三章 无线信道建模仿真分析

3．1 无线信道的特征

3．1．1 小尺度衰落

3．1．2 小尺度衰落参数

3．2 瑞利衰落信道建模

3．2．1 瑞利衰落信道的统计特性

3．2．2 瑞利信道的Jakes模型

3．3 信道仿真与分析

3．4 本章小结

第四章 自相关函数算法在OFDM系统中应用的改进算法

4．1 循环前缀结构方法的不足

4．2 利用OFDM系统的同步符号进行多普勒频移估计

4．2．1 结构描述

4．2．1 算法推导

4．2．2 仿真与性能分析

4．3 利用LTE上行共享信道进行多普勒频移估计

4．3．1 结构描述

4．3．2 算法推导

4．3．3 仿真与性能分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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