OFDMA系统中频偏估计及补偿技术研究

摘要

正交频分多址接入技术是以OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术为基础，结合了FDMA（Frequency Division Multiplexing Access）技术而形成的一种多用户接入技术。它继承OFDM技术的一些优点，但对同步误差非常敏感，特别是对载波频率偏移(CFO:Carrier Frequency Offsets)相当敏感，因为频偏会使得各个子载波之间的正交性无法得到保证，从而导致子载波间干扰和多用户干扰(MUI:Multi-User Interference)的发生，严重影响系统的性能。因此，对于OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiplexing Access)系统上行链路的接收端信号进行频偏估计和补偿对降低系统多用户干扰、改善系统性能、提高系统通信质量具有非常重要的意义。但是，相对于OFDMA系统的下行链路来说，其上行链路的接收信号是多个用户信号的叠加，由于每个用户的衰落、时延和信道特征都各不相同，所以它们的CFO也各不一样，因而对各个用户进行频偏估计和频偏补偿也变得非常困难。本文主要围绕这一问题，研究和探讨了OFDMA系统上行链路中多用户的频偏估计和补偿问题，主要工作如下:
　　首先简单介绍了OFDM系统中信号的收发过程、数学模型、基本原理以及调制和解调方法，接着建立了OFDMA上行链路的系统模型，并分析了载波频偏对OFDMA系统的影响。并对目前国内外有关OFDMA系统的频偏估计和补偿方法进行了分类和总结。
　　论文研究了基于子带分配的OFDMA系统的频偏估计算法，分析了不同信道环境下的OFDMA系统频偏估计性能。接着针对交织子载波分配下的频偏估计问题，介绍了一种利用接收信号结构特征来估计多用户频偏的方法。最后通过分析上述方法的局限性，给出了一种不受子载波分配方式影响的多用户频偏估计方法，但是该算法是一种迭代算法，文中没有给出迭代算法初始值的确定方式，因此，本文给出了该算法迭代时初始值的确定方法，并对改进后的算法进行了仿真对比分析。
　　在此基础上，论文研究了基于子带分配的频域补偿办法，通过利用循环卷积和迭代等方法进行多用户的频偏补偿和干扰消除。重点研究了基于交织子载波分配下的OFDMA系统的多用户频偏补偿和分离算法。最后针对任意子载波分配下的OFDMA系统频偏补偿问题，通过引入干扰矩阵来实现频偏补偿和用户信息的提取，针对干扰矩阵求逆复杂度较高问题，在不影响系统性能的情况下，对干扰矩阵进行改进，通过设置干扰矩阵的带宽来降低算法的运算，仿真结果表明该算法性能良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景及其意义

1．2 OFDMA频率同步技术的研究现状

1．2．1 OFDMA上行链路同步技术概述

1．2．2 OFDMA系统频偏估计算法研究现状

1．2．3 OFDMA系统上行链路频偏补偿方法研究现状

1．3 论文的主要工作和章节安排

第2章 OFDM及OFDMA系统概述

2．1 OFDM技术的基本原理

2．1．1 OFDM系统模型

2．1．2 OFDM的调制与解调

2．1．3 OFDM系统参数的选择和优化

2．1．4 OFDM技术的优缺点

2．2 OFDMA系统概述

2．2．1 OFDMA上行链路系统模型

2．2．2 OFDMA上行链路的多用户信号数学模型

2．2．3 OFDMA系统子载波分配方式

2．2．4 载波频率偏差对OFDMA系统性能的影响

2．3 无线信道

2．3．1 多径衰落对信号的影响

2．3．2 多径信道模型

2．3．3 瑞利衰落信道

2．4 本章小结

第3章 OFDMA系统多用户频偏估计算法研究

3．1 OFDMA中基于子带方案的频偏估计算法研究

3．1．1 基于训练序列的频偏估计算法仿真分析

3．1．2 仿真结果及性能分析

3．2 交织子载波分配下基于信号结构的频偏估计算法研究

3．2．1 算法描述

3．2．2 仿真结果及性能分析

3．3 OFDMA系统中任意子载波分配下的频偏估计算法研究

3．3．1 算法基本原理

3．3．2 仿真结果和性能分析

3．3．3 算法的改进及仿真对比

3．4 本章小结

第4章 OFDMA系统中多用户频偏补偿算法研究

4．1 基于块状子载波分配下的多用户频偏补偿算法仿真分析

4．1．1 时域补偿算法

4．1．2 基于迭代的频偏补偿算法

4．1．3 算法仿真及分析

4．2 基于交织子载波的多用户补偿算法仿真分析

4．2．1 算法描述

4．2．2 算法仿真分析

4．3 任意子载波分配下的频偏补偿算法仿真分析

4．3．1 算法基本原理

4．3．2 仿真结果与分析

4．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文