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OFDM系统中保护间隔参数的分析与优化

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学位论文独创性声明和学位论文使用授权声明

Acknowledgments

Abbreviations

Chapter1 Introduction

1.1 Outline of the Dissertation

1.2 Contributions

1.3 Published Papers

Chapter2 Propagation Characteristics of Mobile Radio Channels

2.1 Interference and Multipath Fading

2.2 Doppler Shift

2.3 Wideband and Narrowband Wireless Transmission

2.4 Summary

Chapter3 Principal Concepts of OFDM System

3.1 Introduction

3.1.1 Serial to Parallel Conversion

3.1.2 Orthogonal Subcarriers

3.1.3 Modulation Formats

3.1.4 Discrete Fourier Transform and OFDM

3.1.5 Forward Error Correction and Coded OFDM (COFDM)

3.2 The COFDM Transmitter

3.3 Channel Model

3.4 The OFDM Receiver

3.5 Guard Interval

3.5.1 Definition

3.5.2 Guard Interval Types

3.5.3 Elimination of by ISI Guard Interval

3.6 Summary

Chapter4 COFDM Model and Simulation Results

4.1 COFDM Model Used

4. 1. 1 AWGN Channel

4.1.2 Rayleigh Fading Channel

4.1.3 A Pilot Symbol Aided and Channel Estimation

4.2 Simulation results

4.2.1 Guard Interval Effect

4.2.2 Delay Spread Effect

4.2.3 Guard Interval and Delay Spread Dependence

4.2.4 SNR Effect

4.3 Summary

Chapter5 Guard Interval Optimization Using Genetic Algorithm

5.1 Introduction

5.2 Genetic Algorithm Elements

5.2.1 Population Representation and Initialization

5.2.2 The Objective and Fitness Functions

5.2.3 Selection

5.2.4 Crossover

5.2.5 Mutation

5.2.6 Reinsertion

5.2.7 Termination of the GA

5.3 The GA Operation

5.3.1 GA Operators

5.3.2 Simulation Results

5.4 Summary

Chapter6 The Proposed Concept of COFDM

6.1 Proposed COFDM System with a VGI

6.2 Proposed Concept

6.3 Delay Spread Estimator

6.4 Frequency Selectivity and Delay Spread Estimation

6.4.1 Frequency Correlation Estimation

6.4.2 Delay Spread Estimation

6.4.3 Calculation of RMS Delay Spread and Coherence Bandwidth

6.5 Channel Model

6.6 The Data Model

6.7 Simulation Results

6.7.1 Signal to Noise Ratio Effect

6.7.2 Maximum Delay Spread Effect

6.7.3 Number of Subcarriers Effect

6.8 Summary

Chapter7 Conclusions and Future Works

7.1 Conclusions

7.2 Future Works

References

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摘要

由于正交频分复用技术具有高数据速率及抗多径干扰的能力,近年来被许多无线系统特别是无线局域网标准(WLANs)所采用.该文阐述了编码正交频分复用系统(COFDM)的基本原理,重点分析了保护间隔(GI)对系统性能的影响.同时就保护间隔(GI)参数对解决接收端产生干扰问题的作用进行了讨论.由于在发送端插入保护间隔,会增大OFDM传输块的周期,而在接收端则要去除此保护间隔,于是会产生能量损耗.另一方面,如果不加足够的保护间隔,就不能超越信道的最大时延宽度,将会发生符号间串扰(ISI)的问题.该文在采用QPSK调制的多径衰落加性高斯白噪声信道中,就不同的保护间隔(GI)、最大时延扩展及信噪比对误码率(BER)的影响进行了一系列仿真,结果显示最佳保护间隔(GIopt)近似等于最大时延扩展.这一结果同时也采用遗传算法(GA)进行了验证,通过遗传算法选取最佳保护间隔(GIopt)参数,可以获得基于多径衰落加性高斯白噪声信道的COFDM系统的最小系统性能降低.这一结果也显示采用遗传算法(GA)比其它方法更快捷、更实用.该文在以下几个方面进行了一些具有创新性的研究工作:1、采用误码率(BER)仿真以分析在采用QPSK调制的多径衰落加性高斯白噪声信道中,不同的保护间隔(GI)、最大时延扩展及信噪比对系统性能影响的程度.而此前传统的方法大都采用干扰信号功率(PI)为参数进行仿真.2、该文首次采用遗传算法(GA)选取最佳保护间隔(GIopt)参数,从而获得基于多径衰落加性高斯白噪声信道的COFDM系统的最小系统性能降低.3、该文提出了一种具有可变保护间隔(VGI)的COFDM新方法,以改善时变多径信道的误码率性能.4、该文基于指数信道模型(系IEEE802.11 WLAN协议中推荐),对COFDM系统的误码率性能进行了仿真,结果显示具有可变保护间隔(VGI)的系统比传统采用固定长度保护间隔的系统能提供更好的性能.

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