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OFDM系统信道估计和同步技术研究

作　者: 刘婉
导　师: 侯春萍；侯永宏
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 正交频分复用(OFDM) 信道估计同步无线局域网(WLAN)
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

未来无线通信系统的目标是能够以最低的代价为各种用户提供随时无缝的高质量、高速率的多媒体和数据业务传输。但无线环境的多径特性造成通信系统中严重的符号间干扰,且目前频谱资源已濒临饱和。而正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)正是一种解决符号间干扰的有效传输手段,具有频谱利用率高、调制方式灵活等优势,因此OFDM技术作为未来宽带无线通信的物理层关键技术在当前引起了广泛关注。但OFDM系统对同步误差和信道估计误差非常敏感,如何在OFDM系统中准确高效的实现同步和信道估计是至关重要的,本论文将重点针对这两个问题进行讨论。本文首先概括叙述了无线通信的发展现状以及无线通信系统的信道模型,并简要介绍了OFDM系统的基本原理、具体实现和OFDM系统的关键技术。接下来,本文在分析OFDM系统中信道估计原理的基础上,通过仿真分析了不同导频辅助方案、不同信道估计算法、不同插值算法的性能、复杂度和适用环境。并将最小均方自适应滤波算法应用到最小平方信道估计算法上,从而提高最小平方算法的估计精度。仿真结果表明该算法在复杂度和性能间达到了很好的折衷效果。然后,本文就OFDM系统的同步原理展开讨论,在分析同步误差对OFDM系统的影响的基础上,通过仿真分析比较了基于辅助数据和非辅助数据的不同同步算法的优缺点。并使用锁相环技术,对同步中的频率偏移估计功能模块进行修正,从而提高多载波系统的频率偏移估计的性能。最后,基于IEEE 802.11a协议的物理层主要参数和帧结构,搭建了OFDM发射机和接收机的Matlab仿真平台,并给出了无线局域网(Wireless Local Access Network, WLAN)系统内接收机算法的整体性能分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 无线通信的发展状况  8-9
  1.2 OFDM 技术简介  9-12
    1.2.1 OFDM 技术的发展现状  9-10
    1.2.2 OFDM 技术的优缺点  10-11
    1.2.3 OFDM 系统的关键技术  11-12
  1.3 论文研究内容和结构  12-14
第二章无线信道传播特征及信道模型  14-21
  2.1 无线信道的传播特征  14-16
    2.1.1 无线信道中的衰落概述  14
    2.1.2 无线信道中的小尺度衰落  14-16
  2.2 无线信道的冲激响应  16-17
  2.3 无线信道的计算机仿真方法  17
  2.4 本文中使用的信道模型  17-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 OFDM 无线通信系统  21-26
  3.1 系统框图  21
  3.2 串并转换  21-22
  3.3 子载波调制  22-23
  3.4 DFT 实现  23
  3.5 保护间隔和循环前缀  23-25
  3.6 本章小结  25-26
第四章 OFDM 系统中的信道估计技术  26-58
  4.1 引言  26-29
    4.1.1 信道估计技术概述  26-27
    4.1.2 信道模型及传输函数  27-28
    4.1.3 导频结构  28-29
  4.2 基于块状导频的信道估计  29-37
    4.2.1 LS 估计和MMSE 估计  29-31
    4.2.2 基于DFT 的估计  31
    4.2.3 LMMSE 估计和SVD 估计  31-32
    4.2.4 仿真结果及分析  32-37
  4.3 基于梳状导频的信道估计  37-43
    4.3.1 LS 估计  37
    4.3.2 多项式插值  37-38
    4.3.3 插值后加低通滤波  38-39
    4.3.4 DFT 插值  39-40
    4.3.5 仿真结果及分析  40-43
  4.4 基于二维导频的信道估计  43-45
    4.4.1 算法原理  43-44
    4.4.2 仿真结果及分析  44-45
  4.5 MISO OFDM 系统中的信道估计  45-53
    4.5.1 全计算变换域方法  46-47
    4.5.2 简化变换域方法  47-48
    4.5.3 频域方法  48-49
    4.5.4 频域方法和变换域方法的比较  49-51
    4.5.5 仿真结果及分析  51-53
  4.6 改进的信道估计算法  53-57
    4.6.1 算法原理  53-55
    4.6.2 复杂度分析  55-56
    4.6.3 仿真结果及分析  56-57
  4.7 本章小结  57-58
第五章 OFDM 系统中的同步技术  58-78
  5.1 引言  58-59
  5.2 同步误差的影响  59-60
  5.3 同步算法的分类  60-63
    5.3.1 数据辅助型算法  61-62
    5.3.2 非数据辅助型算法  62-63
    5.3.3 两类算法的比较  63
  5.4 基于循环前缀的ML 算法  63-67
    5.4.1 算法原理  63-66
    5.4.2 仿真结果及分析  66-67
  5.5 基于训练序列的Schmidl 算法  67-71
    5.5.1 算法原理  67-70
    5.5.2 仿真结果及分析  70-71
  5.6 改进的同步算法  71-77
    5.6.1 算法原理  72-76
    5.6.2 仿真结果及分析  76-77
  5.7 本章小结  77-78
第六章基于802.11a 的WLAN 系统内接收机算法整体性能分析  78-90
  6.1 802.11a 协议简介  78-83
    6.1.1 无线接入网协议概述  78-79
    6.1.2 协议层次结构  79
    6.1.3 物理层帧结构  79-81
    6.1.4 物理层信号处理步骤  81-83
  6.2 802.11a 物理层仿真平台  83
  6.3 内接收机算法整体性能分析  83-89
  6.4 本章小结  89-90
第七章结束语  90-92
  7.1 论文工作总结  90-91
  7.2 下一步工作展望  91-92
附录英文缩略语  92-94
参考文献  94-98
发表论文和参加科研情况说明  98-99
致谢  99

OFDM系统信道估计和同步技术研究

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