基于滤波器组的多载波通信系统的同步技术研究

作     者：郑浩然 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙锦华

授予年度：2021年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：相位加权共轭对称 FBMC 定时同步 载波同步 

摘      要：FBMC作为一种基于滤波器组的多载波通信系统,具有频谱旁瓣低、带外泄露小的优点,使用单独设计的原型滤波器,可以达到比OFDM系统更高的频谱利用率。在不久的将来,随着对FBMC系统低复杂度实现方式的深入研究以及硬件技术的进一步发展,FBMC系统的大规模应用成为可能。在5G或未来通信中,它将扮演越来越重要的角色,并有望成为OFDM的替代性方案,适应更加多样化的应用场景。但是,和OFDM系统一样,它仍然对时频偏差具有很高的敏感性,同步算法的优劣将直接影响FBMC系统的性能。本文研究了FBMC系统的定时同步和载波同步。一般在OFDM系统和FBMC系统中,为了更加保证良好的同步性能,多使用基于数据辅助的同步方法,而基于数据辅助的同步方法的关键在于设计具有特殊结构的同步序列。为此,本文首先研究了OFDM系统的S&C、Minn和FBMC系统的TR1、TR2和MLS等几种经典算法的同步序列的结构,并分析了这些算法的测度函数的表现。然后在借鉴这些算法设计思路的基础上,本文探究了直接将接收信号和本地序列进行互相关的定时同步方法,并分析了在分别使用相反、对称和共轭结构的同步序列时,噪声和频偏对系统定时同步性能的影响。最后在总结了这几种不同的同步结构的优缺点的基础上,本文设计了一种具有相位加权共轭对称结构的同步序列。它利用了共轭对称结构具有抗频偏能力强的优点,同时引入权重序列的设计,使得系统在低信噪比下也具有很高的定时准确率。仿真结果表明,使用相位加权共轭对称结构的系统,在达到100%的定时准确率这一目标下,比使用共轭对称结构的系统所需信噪比要低3d B,这充分体现了权重序列的优点。对于FBMC系统的载波同步,本文首先分析了OFDM系统和FBMC系统的几种经典的利用频偏累积相位差来进行频偏估计的算法。然后,利用此原理并结合相位加权共轭对称结构的同步序列,实现了小数倍和整数倍频偏的估计,达到较小的MSE。最后,对于残余频差和相差,本文设计了一种利用每个FBMC符号中的梳状导频进行相偏估计的方法。仿真结果表明,对接收信号做出频偏和相偏补偿之后,系统可以达到和无频偏、无相偏情况下同样的BER表现。这说明了本文设计的频偏、相偏估计方法较好的实现了FBMC系统的载波同步。