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《北京邮电大学》 2011年
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高速移动环境下OFDM系统中载波干扰消除的方法研究

李山  
【摘要】:正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术。该技术将高速的数据流分解成许多低速率的子数据流,利用相互正交且重叠的多个子载波携带信息进行传输。OFDM系统的频谱利用率高,抗多径能力强,且数据传输速率高,在移动无线通信系统中得到了广泛的应用。 OFDM系统的主要缺点之一是对频率偏差敏感。正交频分复用系统(OFDM)建立在子载波间严格正交的基础之上,OFDM符号由多个子载波信号叠加构成,各个子载波利用正交性来区分,任何传输过程中载波信号波形畸变都会影响子载波间的正交性,载波频率偏差会破坏这种正交性,引起子载波间干扰(ICI),使系统的性能迅速下降。在高速移动环境下,较高的多普勒频偏会引起更严重的子载波间干扰,所以高速率OFDM系统需要高性能、普适性好的载波干扰消除方法。 本文介绍了OFDM系统基本原理,系统的FFT实现,分析了OFDM系统的优势和不足,研究了载波频偏产生的原因,对载波频偏引起的子载波间干扰做出详细的数学推导。以WiMAX为背景,在Matlab平台下,搭建OFDM系统仿真环境。本文对现存的OFDM系统中子载波间干扰消除的方法做分类:第一类,根据码形特点编码;第二类,接收端频偏补偿;第三类,多普勒分集技术。分别以自消除、最大似然估计、联合多径-多普勒分集为每一类的代表方法,做算法研究和仿真。研究卡尔滤波方法和其最新进展,研究了扩展卡尔曼滤波(EKF)在本领域应用。分析了已有方法的不足,针对SC适用于二阶调制,MLE适用于较大载波频偏环境,EKF需要较高的接收信噪比,发展了卡尔曼滤波方法在本领域中的应用。本文首次提出将无迹卡尔曼滤波(UKF)方法引入高速OFDM系统子载波间干扰消除,仿真证明该方法估值精确,性能稳定,普适性好。最后,本文对涉及的SC、MLE、EKF、UKF方法从调制阶数、频偏大小、接收信噪比、传输有效性、算法复杂度、普适性角度做比较分析,分析不同方法的性能;对卡尔曼滤波方法的EKF、UKF从算法复杂度、估值精度和收敛速度方面做比较分析。文章结尾对OFDM系统子载波间干扰消除的三类方法做分析总结,指出在高速移动环境下,高速率OFDM系统采用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法,能够有效消除子载波间干扰,改善系统性能。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN919.3

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