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OFDM系统中相位噪声的影响与抑制研究

作　者: 刘光辉
导　师: 朱维乐
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 正交频分复用相位噪声公共相位误差载波间干扰载波间干扰抑制信道估计与均衡
分类号: TN919.3
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

与单载波传输方案相比,正交频分复用(OFDM)能更有效地对付多径衰落信道引入的符号间干扰(ISI);由于采用单抽头的信道均衡器,所以接收机相对简单,有利于硬件实现。同时,OFDM系统频谱效率较高,可以提供更高的传输速率。因此,OFDM技术非常适合于未来的高速无线多媒体通信系统。 OFDM符号周期较长,所以对本振相位噪声较为敏感。相噪对频域的OFDM信号产生两种影响:公共相位误差(CPE)和载波间干扰(ICI)。本文在前人对相噪影响分析的基础上,采用精确的数学公式来描述CPE和ICI,并提出用等效的滤波器方法来分析相噪问题。为了考查相噪对OFDM系统性能的影响,本文分别得到了在两种相噪统计模型假设下,对任意相噪水平都适用的信号—干扰噪声功率比(SINR)表达式。通过对系统SINR的分析,可以准确地确定OFDM系统参数。常规的相噪处理方法是CPEC,CPEC只能处理相噪引入的CPE。但只纠正CPE并不总能满足系统要求,在高速率通信系统中尤其如此。所以,对相噪ICI进行估计和补偿显得尤为必要。本文建立了一种新的相噪模型—频域线性参数模型。这种模型与直接的一阶线性近似相比,可以提供更好的近似。基于线性参数模型,本文分析了相噪ICI引起的性能损失,并得到了系统SINR表达式。进而本文提出一种新的相噪抑制方案—ICI抑制(ICIR),可以纠正相噪CPE和ICI的影响。ICIR方案在发送的OFDM信号中插入若干相噪估计导频,接收机根据导频失真采用LS方法来估计相噪参数,并在时域或频域抑制相噪产生的影响。仿真结果表明,ICIR方案非常有效,并优于传统的相噪处理方法。本文还考查了瑞利衰落信道条件下的相噪抑制。由于相噪ICI降低了系统有效信噪比,所以信道估计之前抑制ICI显得尤为必要。研究表明,在多径衰落的影响被消除之前可以用本文ICIR算法进行相噪补偿,然后用LS方法估计信道信息。由于LS估计的结果对干扰和噪声较为敏感,所以本文采用了一种新方法估计信道冲激响应(CIR)的有效阶数,并对CIR进行滤波,以提高信道估计的精度。另外,本文用仿真的方法考查了瑞利衰落信道影响下的ICIR算法性能。结果表明,即使在多径条件下,用ICIR算法也可以使相噪影响显著降低,从而改

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第一章绪论  12-19
  1．1 单载波与多载波通信系统  12-13
  1．2 OFDM技术的历史与现状  13-15
  1．3 论文选题依据及主要研究工作  15-18
  1．4 论文的组织结构  18-19
第二章相噪对OFDM系统的影响  19-36
  2．1 本振中的相噪  19-23
    2．1．1 振荡器的相噪  19-21
    2．1．2 锁相环的相噪性能  21-23
  2．2 相噪的统计模型  23-27
    2．2．1 白噪声模型  23-24
    2．2．2 维纳相噪模型  24-26
    2．2．3 平稳高斯色噪声模型  26-27
  2．3 相噪对OFDM系统的影响分析  27-35
    2．3．1 一般性分析  27-32
    2．3．2 用滤波器方法进行一阶近似分析  32-35
  2．4 结论  35-36
第三章有相噪干扰OFDM系统的性能分析  36-51
  3．1 引论  36-37
  3．2 维纳相噪干扰的性能分析  37-43
    3．2．1 SINR表达式的推导  37-39
    3．2．2 性能分析  39-41
    3．2．3 小相噪近似讨论  41-43
  3．3 平稳高斯色噪声模型假设下的性能分析  43-50
    3．3．1 SINR表达式的推导  43-46
    3．3．2 一阶近似分析  46-47
    3．3．3 与SC系统比较  47-50
  3．4 小结  50-51
第四章 OFDM系统中相位噪声的跟踪与抑制  51-85
  4．1 引言  51-52
  4．2 CPEC算法  52-54
  4．3 频域线性参数模型  54-61
    4．3．1 模型的建立  54-57
    4．3．2 模型的频域解释  57-58
    4．3．3 模型近似的性能分析  58-61
  4．4 相噪ICI影响分析  61-64
  4．5 ICIR算法  64-69
    4．5．1 导频布置  64-65
    4．5．2 粗CPE跟踪  65-66
    4．5．3 精CPE及ICI跟踪  66-68
    4．5．4 相噪补偿  68-69
  4．6 ICIR算法的性能分析  69-74
    4．6．1 相噪补偿的近似处理  69-71
    4．6．2 ICIR算法低信噪比性能的改进  71-74
  4．7 仿真结果及讨论  74-80
    4．7．1 仿真参数  74-75
    4．7．2 一典型相噪水平的仿真结果  75-78
    4．7．3 维纳相噪影响下的性能仿真  78-80
  4．8 放大器非线性对ICIR算法性能影响分析  80-83
  4．9 小结  83-85
第五章有相噪干扰的OFDM信道估计与均衡  85-100
  5．1 引论  85-86
  5．2 有相噪干扰的LS信道估计  86-92
  5．3 瑞利衰落信道中的ICIR算法  92-99
    5．3．1 相噪对信道估计与均衡的影响  92-94
    5．3．2 瑞利衰落信道下的相噪跟踪分析  94-97
    5．3．3 仿真结果与讨论  97-99
  5．4 小结  99-100
第六章全文总结  100-102
附录  102-107
  附录A SINR表达式(3．10)的证明  102-104
  附录B 相噪可忽略时OFDM系统信噪比的证明  104-105
  附录C 小相噪条件下SINR近似公式的证明  105-107
参考文献  107-114
致谢  114-115
个人简历  115-116
攻读博士学位期间从事的科研活动以及发表的论文  116

OFDM系统中相位噪声的影响与抑制研究

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