OFDM系统载波频率同步算法研究

摘要

作为一种特殊的多载波调制技术，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)因其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗多径干扰性能，广泛地应用于数字音视频广播、无线局域网等高速数据传输系统中。OFDM通信系统具备所有这些优势的前提是收发两端子载波均要保持良好的正交性，然而，在实际应用中，晶振的非理想因素以及移动通信中多径信道产生的多普勒频移将会造成OFDM系统发射机与接收机载波中心频率的偏移CFO(Carrier Frequency Offset)，而这将严重破坏子载波之间的正交性，因此OFDM系统接收机必须对载波频偏加以估计并对接收信号进行相应补偿以保证解调数据的准确性。通常，将这一操作称为载波频率同步，也可简称为频偏估计。由于OFDM系统对CFO非常敏感，微小的CFO就能造成系统误码性能的大幅下降，因此，频率同步技术是OFDM系统的关键技术之一。
　　 现有的频率同步技术可以分为两类，即盲同步算法和非盲同步算法。本文对这两类方法的算法原理进行了介绍，并重点介绍了几种具有代表性的基于训练序列的频率同步类算法，对它们做了性能仿真和比较。在对多种方法进行分析比较之后，本文对SC(Schmidl and Cox)算法进行了改进，通过设置门限值或者利用梯形近似法来消除原算法因平台效应而造成的定时精度不准的弊端，从而进一步提高小数倍频率偏移估计的准确度；此外，根据整数倍频偏对接收信号造成的循环移位特性，本文提出了一种新的整数倍频率偏移估计算法，在对接收端信号进行精确定时和小数倍频偏补偿之后，通过检测接收端循环移位后的训练序列与发射端的训练序列差值的总能量来估计整数倍频偏值，且估计范围为±[1，N-1]个子载波间隔，其中N为训练序列长度。接下来，在Matlab中对改进的小数倍频偏估计算法和新提出的整数倍频偏估计算法进行了性能仿真，验证了算法的正确性。文章最后部分对下一步的研究方向以及待解决的问题进行了简单的分析和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 OFDM技术的发展史

1.3 OFDM技术的优势与不足

1.4载波频率同步算法的研究现状

第二章 OFDM系统基本原理

2.1 OFDM系统的分类

2.2 OFDM系统的基本原理

2.3保护间隔和循环前缀

2.3.1保护间隔

2.3.2循环前缀

2.4 OFDM系统的关键技术

2.4.1信道建模

2.4.2同步技术

2.4.3信道估计与均衡

2.4.4峰值平均功率比抑制

2.5载波频率偏移的形成原因及其影响

2.5.1载波频率偏移的形成原因

2.5.2载波频率偏移的影响

2.6本章小结

第三章频率同步算法研究

3.1载波频率同步算法的分类

3.2基于循环前缀的同步算法

3.2.1算法原理

3.2.2基于循环前缀和最大似然准则的频偏估计算法

3.3基于训练序列的同步算法

3.3.1基于PN码训练序列的同步算法

3.3.2基于其它码型的同步算法

3.4基于导频的同步算法

3.5本章小结

第四章 SC算法的改进和一种新的整数倍频偏估计算法

4.1 SC定时同步算法的改进算法

4.1.1门限法

4.1.2梯形近似法

4.2一种新的整数倍频偏估计算法

4.2.1算法介绍

4.2.2仿真分析

4.3整数倍频偏与小数倍频偏的联合估计

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1论文总结

5.2下一步研究方向展望

参考文献

致谢

作者攻硕期间取得的成果