OFDM系统时频同步技术研究

作     者：吕宸 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵军辉

授予年度：2013年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：正交频分复用 符号定时同步 载波频偏估计 

摘      要：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术以其抗多径衰落和高频谱利用率特点成为下一代移动通信的关键技术之一,近年来在学术研究和工程实践中得到广泛的关注。OFDM系统利用相互正交的子载波显著提高了频谱利用率,但是易受移动无线信道造成的时延及频偏影响,破坏子载波间的正交性,从而引入符号间干扰(Inter Symbol Interference, ISI),降低系统性能。因此,精确有效的时频同步技术是OFDM系统保证良好性能的重要技术之一,也是保证OFDM系统正常高效工作的必要前提。 本文主要针对OFDM系统的符号定时同步和载波频率同步进行了全面并且较为深入的研究,分别对基于循环前缀(Cyclic Prefix, CP)的非数据辅助类算法和基于辅助数据的同步算法进行理论推导和仿真方案设计,比较了不同类型的经典算法及其改进算法在不同信道环境下的优劣。对于非数据辅助类算法,本文着重分析其在频率选择性衰落信道下的同步精度和算法复杂度,并针对现有算法计算复杂度较高的问题提出一种基于多项式拟合的定时同步改进算法,在保证定时同步精度接近最优算法的同时,有效地降低了算法实现所需要的计算时间。而对于数据辅助类的算法,本文研究比较了几种现有算法在频率选择性信道下的时频同步效果,并针对频率选择性信道下相关峰的缺陷提出一种使用相关和值下降沿检测的优化算法,以适应复杂恶劣的多径衰落环境。 高速移动环境带来的多普勒效应,会破坏OFDM系统子载波之间的正交性。针对高速移动环境下无线移动信道的特征,本文研究了多普勒分集技术,以对抗高速移动条件下无线信道的多普勒频移和多普勒扩展,并通过仿真验证改进型多普勒分集算法可以明显降低计算复杂度。 计算机仿真结果表明,传统的时频同步算法可以获得信道时延及频偏估计,但是在频率选择性信道中,尤其是复杂多径信道,传统同步算法的效果往往不尽人意。此外,算法复杂度较高,需要的计算量较大是影响其实际应用的主要因素之一,因此,在不断提升同步算法性能的基础上,如何合理优化计算方法,降低所需计算量,也在文中进行了探讨。