正交频分复用系统频率同步与定时同步研究

摘要

同步偏差对OFDM系统的性能会产生很大影响,因此在接收端需要对同步偏差进行估计与补偿.我们分析了在OFDM同步算法的论文与专著,以统计信号处理的估计理论与自适应滤波为理论背景,对OFDM系统的同步问题进行了深入研究,论文各章节的内容为:第一章:绪论.首先介绍了OFDM发展的历史与现状,然后叙述了OFDM的基本原理,包括OFDM的基本结构、时域和频域的特性等等,为了更清楚地说明其原理,绘制了OFDM系统在各个部分的典型图形.随后概述了OFDM的优缺点与关键技术.最后对论文包含的工作与作者的主要贡献进行了阐述.第二章:OFDM系统同步偏差.我们首先简要介绍无线移动信道的基本概念,分析了影响小尺度衰落的因素、信道的冲激响应问题、移动多径信道的参数以及小尺度衰落模型.然后概述了OFDM同步类型主要包括频率同步和定时同步,定时同步又分为符号同步和采样时钟同步,符号同步的目的就是找到正确的FFT窗位置,而采样时钟同步的主要目的是使接收机和发射机的采样时钟频率保持一致.该章最后系统地分析了频率偏差、符号定时偏差和采样定时偏差等同步偏差造成的信噪比损耗、对时域与频域特征的影响等等,说明了对OFDM系统进行准确同步的必要性.第三章:OFDM系统频率细同步.从这一章开始进行具体的同步算法研究.OFDM系统对频率同步错误很敏感,为了减小OFDM系统受频偏的影响,需要对频偏进行与补偿,也就是进行频率同步.频率同步主要分为频率细同步和频率粗同步,分别对小数倍频偏和整数倍频偏进行估计.对于频率细同步,最大似然法估计范围小,并且不适用于频偏随时间变化的信道;虚载波法可以取得较好的性能,但是运算复杂度很高;导频法估计精度较高,不过插入导频序列降低了系统的带宽利用率.此外还有盲估计方法.现有的频偏估计方法多数为非自适应算法,难以适应随时间变化的频偏.第四章:OFDM系统频率粗同步.在频率细同步完成以后,要对整数倍频偏进行估计.现有的粗频偏估计算法中,最大似然法的精度高但是运算量大,插值法则存在门限的合理选取问题.我们提出了一种新的粗频偏估计算法,称为导频相关极值算法,利用接收信号序列和导频的内在联系求取粗频偏估计,推导出了新的判决函数,对不同的序号的移位值来计算判决函数值,取最大值时的序号为粗频偏估计值.我们对算法性能进行了仿真实验,结果表明,该算法取得了较好的性能.第五章:OFDM系统定时同步.同步的另一个主要问题就是定时的同步.定时同步的方法通常可分为两类:一类是通过发送训练序列来实现,估计精度较高,延时小,而且可以进行比较可靠的信道估计,以利于信号解调,但是发送训练序列降低了数据的有效速率,而且一旦失步,将丢失很多个OFDM符号的数据.另一类是盲估计方法,这种方法不需要发送额外的导频数据,如可以利用循环前缀来实现,不过部分CP区间将受到ISI破坏,从而影响定时估计性能;或者利用数据本身特征进行估计,如基于循环相关的估计方法,以及利用OFDM信号时频特征的方法等.第六章:结束语.在这一章我们对论文进行了总结,简要阐述当前移动通信和OFDM技术发展的趋势和面临的问题,总结了作者所做工作,对进一步的研究提出了建议.

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1引言

1.2 OFDM系统的历史与现状

1.2.1 OFDM系统的发展历史

1.2.2 OFDM系统的现在状况

1.3 OFDM技术的基本原理

1.3.1 OFDM系统基本结构

1.3.2保护间隔与循环前缀

1.3.3 OFDM信号图形

1.3.4 OFDM基本参数选择

1.4 OFDM技术的特点

1.4.1 OFDM技术的优点

1.4.2 OFDM技术的缺点

1.4.3 OFDM的关键技术

1.5本文工作与作者的主要贡献

1.6小结

第二章OFDM系统同步偏差

2.1引言

2.2无线移动信道

2.2.1影响小尺度衰落的因素

2.2.2无线移动信道的冲激响应

2.2.3移动多径信道的参数

2.2.4小尺度衰落类型

2.3 OFDM同步与同步误差

2.3.1 OFDM系统同步分类

2.3.2频率偏差

2.3.3符号定时偏差

2.3.4采样定时偏差

2.4小结

第三章OFDM系统频率细同步

3.1引言

3.2现有算法分析

3.2.1最大似然算法

3.2.2虚载波法

3.2.3导频法

3.2.4盲估计方法

3.3新提出的算法

3.3.1离散OFDM系统

3.3.2基于循环前缀的算法

3.3.3分段算法

3.3.4奇偶算法

3.3.5基于时域信号的算法

3.3.6多径衰落信道中算法的性能

3.3.7算法运算量分析

3.4小结

第四章OFDM系统频率粗同步

4.1引言

4.2现有算法

4.3新的频率粗同步算法

4.4小结

第五章OFDM系统定时同步

5.1引言

5.2现有算法

5.2.1循环前缀法

5.2.2训练符号法

5.2.3循环相关法

5.3定时同步改进算法

5.3.1最大相关改进算法

5.3.2多符号改进算法

5.4小结

第六章结束语

6.1移动通信发展与OFDM系统展望

6.2本文所做工作总结

6.3有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文