基于FPGA的OFDM系统的定时和频率同步的实现

摘要

正交频分复用技术(OFDM)是未来宽带无线通信中的关键技术。随着用户对实时多媒体业务，高速移动业务需求的迅速增加，OFDM由于其频谱效率高，抗多径效应能力强，抗干扰性能好等特点，该技术正得到了广泛的应用。 OFDM系统的子载波之间必须保持严格的正交性，因此对符号定时和载波频偏非常敏感。本课题的主要任务是分析各种算法的性能的优劣，选取合适的算法进行FPGA的实现。 本文首先简要介绍了无线信道的传输特性和OFDM系统的基本原理，进而对符号同步和载波同步对接收信号的影响做了分析。然后对比了非数据辅助式同步算法和数据辅助式同步算法的不同特点，决定采用数据辅助式同步算法来解决基于IEEE 802.16-2004协议的突发传输系统的同步问题。最后部分进行了算法的实现和仿真，所有实现的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004协议的符号和前导字的结构进行。 本文的主要工作：(1)采用自相关和互相关联合检测算法同时完成帧到达检测和符号同步估计，只用接收数据的符号位做相关运算，有效地解决了判决门限需要变化的问题，同时也减少了资源的消耗；(2)在时域分数倍频偏估计时，利用基于流水线结构的Cordic模块计算长前导字共轭相乘后的相角，求出分数倍频偏的估计值；(3)采用滑动窗口相关求和的方法估计整数倍频偏值，在此只用频域数据的符号位做相关运算，有效地解决了传统算法估计速度慢的缺点，同时也减少了资源的消耗。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1移动通信的发展

1.1.1第一代(1G)和第二代(2G)移动通信系统

1.1.2第三代蜂窝移动通信系统(3G)

1.1.3第四代移动通信(4G)

1.2未来移动通信系统的技术特点

1.3未来移动通信网络的物理层关键技术

1.3.1 OFDM与多载波技术

1.3.2软件无线电技术

1.4问题的提出

1.5本文的主要工作

第二章OFDM的基本原理

2.1无线通信信道的传播特性

2.1.1自由空间电波传播的特性

2.1.2多径效应

2.1.3时变性

2.1.4阴影衰落

2.2 OFDM的基本原理

2.2.1 OFDM技术简介

2.2.2 OFDM系统的调制解调

2.2.3快速傅里叶变换在OFDM系统中的应用

2.2.4保护间隔和循环前缀

2.3 OFDM系统的优缺点

2.3.1 OFDM技术的优点

2.3.2 OFDM技术的缺点

第三章OFDM同步问题的分析

3.1定时同步对OFDU的影响

3.1.1定时起始点在循环前缀之内

3.1.2定时起始点在循环前缀之外

3.2载波同步对OFDM的影响

3.3样值同步对OFDM的影响

第四章OFDM同步方案的分析

4.1非数据辅助式同步算法

4.2数据辅助式同步算法

4.2.1基于前导字的自相关定时同步算法

4.2.2基于前导字的互相关定时同步算法

4.2.3时域分数倍频偏估计算法

4.2.4频域整数倍频偏估计算法

第五章OFDM系统的定时和载波同步的FPGA实现

5.1可编程逻辑器件

5.1.1可编程逻辑器件简介

5.1.2 FPGA设计的一般流程

5.1.3开发工具

5.2 OFDM系统的定时和载波同步的FPGA设计与实现

5.2.1基于IEEE 802.16-2004协议的OFDM系统介绍

5.2.2符号定时同步的实现

5.2.3时域分数倍频偏估计

5.2.4频域整数倍频偏估计和补偿

第六章结束语

参考文献

致 谢