基于相位差的频偏估计技术研究

摘要

针对频偏估计问题，本文从理论和仿真实验的角度对TD-SCDMA系统基于Midamble码的频偏估计算法、OFDM系统基于PN序列和基于循环前缀的频偏估计算法进行了研究。首先研究了频偏产生的原因、频偏对接收信号的影响以及频偏估计技术的国内外研究现状;然后研究了TD-SCDMA系统的无线帧格式和OFDM系统的符号结构;在此基础上，研究了基于相位差的频偏估计算法的原理及主要性能评价指标;同时，研究了克拉美劳界(CRB)及导频放置位置与克拉美劳界的关系。最后对上述算法的估计性能进行了仿真实验，并与本文提出的相应算法进行了估计性能的分析与比较。主要研究内容包括:
　　 1、对频偏的产生，频偏对接收信号的影响及频偏估计技术目前的国内外研究现状进行了研究;在此基础上，对基于相位差的频偏估计原理、评价估计性能的主要指标、克拉美劳界以及导频位置与克拉美劳界的关系进行了研究。
　　 2、针对TD-SCDMA系统，研究了基于Midamble码的频偏估计算法，提出一种基于Midamble码的数据域分块频偏估计算法。该算法基于数据域的数据也包含用户的频偏信息以及数据域中相邻数据的频偏信息相同或相近这些特性，把数据域进行均等分块从而形成用于进行迭代频偏估计的若干个子块，通过将Midamble码与数据域分块联合起来进行频偏估计，实现逐块补偿、逐块减小估计误差。仿真实验结果表明，与基于Midamble码的自相关函数算法和基于Midamble码的部分相关信号算法相比，本文提出的算法可以使无偏估计的范围分别增大85％和141％;同时，本文提出的算法也至少可以使系统的误码率下降一个数量级。
　　 3、针对OFDM系统，研究了基于PN序列的频偏估计算法，提出一种基于PN序列重构的频偏估计算法。该算法将频偏估计过程分为粗估计和精估计两个阶段，基于粗估计阶段进行相关的PN序列的周期越小则频偏估计范围越大，精估计阶段此周期越大则频偏估计精度越高，对PN序列进行重构，在粗估计阶段对重构的PN序列中周期较小的进行相关运算来扩大估计范围，在精估计阶段对其中周期较大的进行相关运算并通过用多个估计值的平均值作为最终的估计值来提高估计精度。仿真结果表明，与Schmidl算法和改进的Schmidl算法相比，本文算法使无偏估计的范围分别增大了284％和95％，且本文算法的估计值均方误差可以被降低一个数量级左右，更接近理论值。
　　 4、针对OFDM系统，研究了基于循环前缀的频偏估计算法，提出了一种改进的基于循环前缀的频偏估计算法。该算法利用循环前缀是一个OFDM符号中尾部复制而来的这一特性，对循环前缀与尾部被复制部分中对应的每个符号依次进行相关运算，然后通过相关结果的相位求得若干个频偏估计值，最后将这若干个频偏估计值的平均值作为最终的频偏估计值。仿真实验结果表明，本文提出的算法改善了频偏估计值的均方误差性能和误码率性能。

目录

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声明

摘要

第一章 绪论

1．1 频偏

1．1．1 频偏的产生

1．1．2 频偏对接收信号的影响

1．2 频偏估计技术的国内外研究现状

1．3 本文的研究内容和组织结构

第二章 频偏估计原理与评价指标

2．1 无线帧格式与符号结构

2．1．1 TD-SCDMA系统的无线帧格式

2．1．2 OFDM符号的结构

2．2 频偏估计原理

2．3 频偏估计评价指标

2．3．1 评价指标

2．3．2 克拉美劳界

2．3．3 导频位置与克拉美劳界的关系

2．4 本章小结

第三章 基于Midamble码的频偏估计算法研究

3．1 基于Midamble码的经典频偏估计算法研究

3．1．1 基于自相关函数的频偏估计算法

3．1．2 基于部分互相关信号的频偏估计算法

3．2 基于Midamble码的数据域分块频偏估计算法

3．3 仿真实验及性能分析

3．4 本章小结

第四章 基于PN序列的频偏估计算法研究

4．1 基于PN序列的经典频偏估计算法研究

4．1．1 Schmidl算法

4．1．2 改进的Schmidl算法

4．2 基于PN序列重构的频偏估计算法

4．3 仿真实验及性能分析

4．4 本章小结

第五章 基于循环前缀的频偏估计算法研究

5．1 基于循环前缀的经典频偏估计算法研究

5．1．1 CP-ML算法

5．1．2 CP-cost function算法

5．2 改进的基于循环前缀的频偏估计算法

5．3 仿真实验及性能分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢