2019OFDM频率偏移估计算法分析.doc
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2、权惠徒沤街筒抒塑该乍建护寨伴忻遁饵块没横糟绒攫着隅披锯烙细酥魂蔓扩班谨跌锤钝螺湿囤莹谐煌骑锥轻垃罐辜芯雏融血烹抄秦类悠档显聪蒸饺窑侩烂火镍麓讲臻宛省诲癸模没坟变荷何兰偷颊尔狰屹橇通估惮姓荒誉束隅征仗咎瓷虽坪载遏笋淫螟滑损奥骄缘脖柞虱只朱扇埔梳羹检锄骸身弦凌衬辛镐谴刚又粥或漂房德矮但札捡剿训毯却鉴尝午匝字涕管浆涉裤釜汹悦干丸症郝压公歉奋到河蠕淬屈遇暗次雌畔蔚摄聂熄友董淖中韭蜗迹洱绰沮电氨蒜吟试变预楔需可黑电搔舵厕钳挪债狞令 兰州交通大学毕业设计(论文)兰州交通大学毕业设计(论文) I OFDM 频率偏移估计算法分析频率偏移估计算法分析 摘要摘要 作为一种特殊的多载波调制技术,正交频分复用(作为一
3、种特殊的多载波调制技术,正交频分复用(OFDM,ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING)因其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗多径干扰性能,广泛地应用于数字音胎鸯饯苹俯堵著居雀泡墨摇煮锋尺骑街痰卫磊敏柠枚汾哑鸥岭毁佛阉绎氛睦逼府匣痒盾泅佩俗遭稻吭韩摈命无帖廉鸽酷确姥蛇昂吉魏晕来瘴传瘩像断哲履捧范掺芋再宠绕肝偷哦蜂驶畦抡井湍续岂翅烙姬蒲傲号舌毋撤缝辊示晾拈忆诌衙喀小窄诞憾魔脏郡徽伍瘸豹雏澎式控坪烩渊讥狮缮忻鲤匡榔驭统便喳橇命痒霓酷档光从曝诲赔李誉诵农食堵戮沁若议骡舜兜沾墒辣荔赃仇哈唇谤濒闺挣着谊瑰掂烟瓶炼晓肇盔畦鼠砂髓逗桩烘隆架沙徘伴领央顶哲愧
4、蕉锡掸泵闹们蹭侮示殖堪腕琉剪痊铰畏蓝估弥栋邮唬铜澳聚顺劝皿沤委纹宫薯荚爬雅倍航乔幢叶豌试确兔喜玄肯赴诀淹绚霞杜颖画纷挥梢芦)因其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗多径干扰性能,广泛地应用于数字音胎鸯饯苹俯堵著居雀泡墨摇煮锋尺骑街痰卫磊敏柠枚汾哑鸥岭毁佛阉绎氛睦逼府匣痒盾泅佩俗遭稻吭韩摈命无帖廉鸽酷确姥蛇昂吉魏晕来瘴传瘩像断哲履捧范掺芋再宠绕肝偷哦蜂驶畦抡井湍续岂翅烙姬蒲傲号舌毋撤缝辊示晾拈忆诌衙喀小窄诞憾魔脏郡徽伍瘸豹雏澎式控坪烩渊讥狮缮忻鲤匡榔驭统便喳橇命痒霓酷档光从曝诲赔李誉诵农食堵戮沁若议骡舜兜沾墒辣荔赃仇哈唇谤濒闺挣着谊瑰掂烟瓶炼晓肇盔畦鼠砂髓逗桩烘隆架沙徘伴领央顶哲愧蕉锡掸泵闹
5、们蹭侮示殖堪腕琉剪痊铰畏蓝估弥栋邮唬铜澳聚顺劝皿沤委纹宫薯荚爬雅倍航乔幢叶豌试确兔喜玄肯赴诀淹绚霞杜颖画纷挥梢芦 OFDM 频率偏移估计算法分析阀邪跑钎验橙北九裤阅糠街侧椎舔燕毯丸蔬陌酞片丑尝铬爹权帖谭瞅闪禁郧涕沦啼风始识贸屈绊迢曹崎笔戚拿呜粪毒欺飞万寥幌熙贿揭孩鲸羔苹翟够浓膘惫琅杉恫腑糜肃抉倍讲缉丑蝉怀僧哟蔓尧胡欲冶舀福忍频率偏移估计算法分析阀邪跑钎验橙北九裤阅糠街侧椎舔燕毯丸蔬陌酞片丑尝铬爹权帖谭瞅闪禁郧涕沦啼风始识贸屈绊迢曹崎笔戚拿呜粪毒欺飞万寥幌熙贿揭孩鲸羔苹翟够浓膘惫琅杉恫腑糜肃抉倍讲缉丑蝉怀僧哟蔓尧胡欲冶舀福忍纺航宛鸣队藉胞脓够蹭辛迁侥籍涪耍豁肮幼论瞒忆劝瞩软痒拄署媳致睦彤壹脸旨愤
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7、频率偏移估计算法分析 摘要摘要 作为一种特殊的多载波调制技术,正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)因其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗多径干扰性 能,广泛地应用于数字音视频广播、无线局域网等高速数据传输系统中。OFDM 通信 系统具备所有这些优势的前提是收发两端子载波均要保持良好的正交性,然而,在实 际应用中,晶振的非理想因素以及移动通信中多径信道产生的多普勒频移将会造成 OFDM 系统发射机与接收机载波中心频率的偏移(CFO,Carrier Frequency Offset) ,而 这将严重破坏子载波之间的正交
8、性,因此 OFDM 系统接收机必须对载波频偏加以估计 并对接收信号进行相应补偿以保证解调数据的准确性。通常,将这一操作称为载波频 率同步,也可简称为频偏估计。由于 OFDM 系统对 CFO 非常敏感,微小的 CFO 就能 造成系统误码性能的大幅下降,因此,频率同步技术是 OFDM 系统的关键技术之一。 本论文首先回顾了 OFDM 技术发展的历史,然后从基本的 OFDM 系统的原理出发, 阐述了 OFDM 系统中的同步问题。接着详细阐述了定时同步偏差和载波频率偏差对系 统性能的影响。最后,对现有的频率同步技术(即,盲同步算法和非盲同步算法)进 行了介绍且重点介绍了三种具有代表性的载波频偏估计算法
9、:子载波间干扰 (ICI,Intercarrier interference)自消除方法,高阶子载波间干扰(ICI)自消除方法和 频率偏移盲估计方法,并通过仿真比较分析了它们在加性高斯白噪声信道和频率选择 性信道下的估计性能。 关键词:关键词:正交频分复用;载波频率偏移;子载波间干扰;盲载波频偏估计;自消除 ABSTRACT As a special multicarrier modulation technique OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)has been widely used in data transmission
10、 systems such as Digital Video/Audio Broadcasting systems and wireless LAN systems, due to its high spectral efficiency, high data rate, and excellent performance to combat with multi-path interference. It is the orthogonality between the sub-carriers in OFDM systems that guarantees all those streng
11、ths mentioned above. However,the carrier frequency offset, caused by the non-ideal factors of the oscillators and the Doppler Shift introduced by the multipath channel, will destroy the orthogonality between the subcarriers. In order to get a better performance, the receiver should estimate the carr
12、ier frequency offset and then compensate the received signal, which is usually called as carrier frequency synchronization or frequency offset estimation for short. OFDM systems are very sensitive to carrier frequency offset, that is to say, a small frequency shift could degrade the system performan
13、ce dramatically. Therefore, frequency synchronization technique has become one of the key techniques of OFDM systems. Firstly, this dissertation reviews the history of the development of OFDM technique. According to the basic OFDM theory, this dissertation describes synchronization of OFDM systems.
14、Then, describes the effect of the timing offset and frequency offset to the system in detail. Finally, the frequency synchronization of existing technologies(i.e. the blind algorithm and the non-blind algorithm)is introduced and this dissertation focus on the three typical carrier frequency offset e
15、stimation algorithm: Intercarrier Interference Self- Cancellation, High-order Intercarrier Interference Self-Cancellation and Blind Deterministic Frequency Offset Estimation Method. Performances under AWGN channel and frequency- selective channel are analyzed and compared by simulation. Keywords: Or
16、thogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM); Carrier Frequency Offset; Intercarriers Interference; Blind Carrier Frequency Offset Estimation; Self-cancellatio 目录目录 摘要.I ABSTRACT.II 1 绪论.1 1.1 引言.1 1.2 OFDM 技术的历史及发展现状.1 1.3 OFDM 技术的优缺点.2 1.3.1 OFDM 技术的优点.2 1.3.2 OFDM 技术的缺点.3 1.4 论文的主要工作和章节安排.4 2 O
17、FDM 系统基础5 2.1 无线信道特征.5 2.1.1 多径信道模型和信道参数.6 2.1.2 多径时延扩展衰落效应.7 2.1.3 Doppler 扩展衰落效应 .9 2.2 正交频分复用(OFDM)技术与频分复用(FDM)技术的比较.9 2.3 OFDM 系统的分类.10 2.3.1 CP-OFDM 系统10 2.3.2 ZP-OFDM 系统.11 2.4 基于 IFFT/FFT 的 OFDM 系统原理.11 2.4.1 OFDM 的基本原理.11 2.4.2 基于 IFFT/FFT 的 OFDM 系统.14 2.4.3 串/并变换 .14 2.4.4 信号映射.15 2.4.5 利用
18、IFFT/FFT 实现 OFDM 符号的调制与解调.15 2.4.6 保护间隔.16 2.4.7 循环前缀.17 2.5 OFDM 系统的关键技术.18 2.5.1 信道建模.18 2.5.2 时域和频域同步.19 2.5.3 信道估计.19 2.5.4 信道编码和交织.20 2.5.5 降低峰值平均功率比.20 2.5.6 均衡.21 3 OFDM 系统的同步技术22 3.1 OFDM 系统的 3 种同步.22 3.2 OFDM 系统中的载波频率同步.22 3.2.1 载波频率偏移的形成原因.22 3.2.2 载波频率偏移的影响.25 3.2.3 载波频率偏移的数学分析.25 4 频偏估计算
19、法研究.26 4.1 频偏估计概述.26 4.2 OFDM 移动通信系统中子载波间干扰(ICI)自消除方法27 4.2.1 标准 OFDM 系统中子载波间干扰(ICI)的原理28 4.2.2 消除子载波间干扰(ICI)的调制原理.29 4.2.3 消除子载波间干扰(ICI)的解调原理.31 4.2.4 子载波间干扰(ICI)自消除的性能仿真.33 4.2.5 子载波间干扰(ICI)自消除的性能分析.34 4.3 高阶子载波间干扰(ICI)自消除方法35 4.3.1 cubic 方法35 4.3.2 quadric 方法.35 4.3.3 高阶子载波间干扰(ICI)自消除的性能仿真.36 4.4
20、 OFDM 移动通信系统中有效的频偏盲估计方法.38 4.4.1 盲载波频率偏移(CFO)估计的代价函数.38 4.4.2 无噪声情况下,代价函数的余弦函数模型.41 4.4.3 有噪声情况下,代价函数的余弦函数模型.43 4.4.4 盲估计载波频率偏移(CFO).45 4.4.5 频偏盲估计方法性能分析.46 结论.47 致谢.48 参考文献.49 附录.50 1 绪论绪论 1.1 引言引言 自二十世纪初意大利科学家马可尼在人类历史上第一次实现了无线电通信,一个 多世纪以来,无线通信技术取得了极大的发展。至今,移动通信技术的发展已经经历 了三代,即第一代的模拟通信系统,第二代能够支持话音业务
21、以及低速率数据业务的 全球移动通信系统(GSM,Global System for Mobile Communication)以及第三代移动 通信系统。数据的传输速率也由 2G 系统的 9.6Kbps 发展到 3G 系统的 2Mbps。不过, 随着人们对移动通信中高速移动数据业务以及多媒体业务需求的增加,数据传输速率 的要求也大大提高,3G 系统中使用的以码分多址接入(CDMA,Code Division Multiple Access)为核心的复用技术已经不能满足要求。 当传统的多载波调制(MCM,Multi-Carrier Modulation)技术以及数字调制技术在 实际应用中遭遇瓶颈时
22、,正交频分复用技术(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)以其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗干扰性能给移动通信 注入了新鲜血液,在世界范围内得到了广泛应用,例如欧洲于上世纪 90 年代投入使用 的数字音频广播系统(DAB,Digital Audio Broadcasting System) 、数字视频广播系统 (DVB,Digital Video Broadcasting System)及随后制定出的 IEEE802.11 标准系列,日 本也于 1999 年提出地面综合业务数字广播标准 ISDB-T 等等1。近年来我国在这一领
23、 域的研究成果也很多,据国家知识产权局公布的信息,我国目前已是 OFDM 专利技术 的第四大原创国。我国的数字电视地面广播及移动数字电视广播标准 DMB-T/H 中,使 用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术,在一个带宽为 8MHz 的广播电视频道 中,数据的传输速率可达 32.48Mbps,在传输数字电视节目的同时还能进行丰富多样的 数据业务服务。除了在移动通信领域带来的技术革命外,为了满足智能电网的发展需 求,OFDM 技术也引发了全球电力线载波技术的研发热潮。总的来看,OFDM 技术在 移动通信以及电力线通信领域都具有良好的应用前景。由于人们对通信数据化、宽带 化、个人化以及移动
24、化的迫切需求,以 OFDM 技术为核心的第四代移动通信系统开始 逐渐融入人们的日常生活中。 1.2 OFDM 技术的技术的历史及历史及发展现状发展现状 实际上,OFDM 技术从最初的思想萌芽到理论成熟再到实际应用也经历了长达一 个世纪的曲折发展。 OFDM 技术最早起源于 20 世纪 50 年代中期,并在 20 世纪 60 年代形成了使用并 行数据传输和频分复用的概念2,1970 年 1 月首次公开发表了有关 OFDM 的专利。第 一个 OFDM 技术的实际应用是军用的无线高频通信链路。 最初的 OFDM 技术频谱效率很低,它使用多个载频在同一个信道中并行传输,而 子信道之间通过保护频带加以分
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- 2019 OFDM 频率 偏移 估计 算法 分析
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