收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

OFDM系统中相位噪声的自适应补偿方法研究

井庆丰  
【摘要】:目前,高速宽带无线通信,尤其是第4代移动通信技术(4G)正成为通信领域的热点问题之一。4G通信技术最重要的特点就是具有较高的频谱利用率以及能够对抗频率选择性衰落及多径衰落。如何在有限的频谱带宽内,以及在较差的信道条件下尽可能实现高速率的数据通信成为无线通信的主要课题。 在目前的无线通信系统中,正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统,因其可有效抵抗色散信道引起的畸变,较高的频谱利用率,能有效抵抗脉冲噪声以及较低的系统实现复杂度,而广泛的应用到数字音频广播(DAB, Digital Audio Broadcasting)系统、地面数字视频广播系统(DVB-T, Digital Video Broadcasting-Terrestrial)系统、无线局域网中,并成为4G的备选标准之一。 然而OFDM系统对频率偏移造成的线性相位噪声,以及压控振荡器(VCO,Voltage Controlled Oscillator)非线性造成的Wiener相位噪声比较敏感。这两种相位噪声会给OFDM系统带来严重的子载波间干扰(ICI,Inter-Carrier Interference)以及公共相位误差(CPE,Common Phase Error)。这两种干扰会给OFDM系统带来极其严重的性能影响。 在这样的背景下,本文利用一种复杂度较低,补偿性能较好,且易于硬件实现的自适应算法—最小均方误差(LMS, Least Means Square)算法来对线性相位噪声和Wiener相位噪声进行补偿。对于补偿方法的研究包括理论上的分析、算法性能的仿真以及硬件平台的设计。 首先,作为理论基础,本文列举了线性相位噪声和Wiener相位噪声的产生原因,并分析了这两种相位噪声的特点;通过对两种相位噪声特点的分析以及和自适应算法滤波补偿特点的比对,选择自适应算法作为这两种相位噪声的补偿方法基础;进而,本文简要介绍了自适应算法的基本原理和基本结构,在了解了自适应算法进行滤波补偿原理后,掌握了自适应算法滤波补偿对象所应该具有的特点是:所补偿的信号能够提炼出期望信号,且所补偿的信号波动范围较小,即具有较小的方差,具有能够收敛的误差信号;在所有的自适应算法中,又根据LMS算法简单、易于实现、收敛速率较快、补偿效果较好的特点,选择LMS算法作为补偿算法的实现基础。 其次,本文分析了线性相位噪声对于OFDM系统的影响,并根据线性相位噪声的特点,采取了LMS算法结合相位偏差预估计的UE-LMS相位噪声补偿算法,即在接收端DFT之前先进行相位偏差预估计,而后对DFT之后串行信号利用LMS算法补偿剩余相位偏差。文中先从理论上推导了补偿算法实现的可行性,然后利用Matlab仿真工具对补偿算法的实现条件、补偿能力和收敛速度进行了分析。通过理论分析和仿真分析,发现UE-LMS算法对线性相位噪声的补偿能力较好,收敛速度较高,训练序列(PS,Pilot Symbols)长度较短。 再次,本文分析了Wiener相位噪声对于OFDM系统的影响,并根据Wiener相位噪声的特点,采取了利用LMS算法对相位噪声角度偏差进行自适应补偿的AO-LMS方法。文中对同样使用自适应算法进行Wiener相位噪声补偿的有限冲击响应—自适应谱线均衡器(FIR-ALE, Finite Impulse Response-Adaptive Linear Equalizer)经典算法进行了讨论,并改进了该方法,然后利用Matlab仿真工具对补偿算法的实现条件、补偿能力和收敛速度进行了分析。通过理论分析和仿真分析,可以验证,相对于FIR-ALE算法,本文的LMS算法对Wiener相位噪声的补偿能力提高较大。 然后,本文分析了利用LMS算法对线性相位噪声和Wiener相位噪声进行联合补偿的可行性。并给出了一种先进行线性相位噪声相位偏差预估计处理,后对预处理后的剩余相位偏差和Wiener相位噪声的自适应补偿系统,从理论上分析了这种补偿系统的实现方法。文中还利用Matlab对这个联合补偿系统的补偿性能进行了仿真分析,结果证明联合系统的补偿效果较好,能够很好的将UE-LMS方法和AO-LMS方法结合。 最后,本文利用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)对UE-LMS方法的OFDM系统接收端进行硬件设计。文中分析了OFDM系统以及LMS算法进行硬件平台设计的难点;文中提出了一种利用Quartus波形仿真软件和Matlab仿真软件相结合的硬件平台仿真分析方法;并通过LMS算法和另一种自适应算法—递归最小二乘(RLS,Recursive Least Squares)算法的实现复杂度比对,再次证明了选择LMS算法作为补偿算法的意义。通过硬件设计,验证了LMS算法应用于实际OFDM系统的可行性,同时还证明了UE-LMS算法在实际工程中应用的价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN919.3

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王勇,葛建华,陆震,于湘珍,艾渤;OFDM系统信道估计算法及其FPGA实现[J];电路与系统学报;2004年06期
2 雷奥;赖琳晖;李小进;赖宗声;;基于FPGA的OFDM系统同步算法的研究[J];电子器件;2008年05期
3 朱亮,韩方景,张尔扬,陈国良;基于FPGA的定点LMS算法的实现[J];国防科技大学学报;2005年04期
4 胡正伟,谢志远;基于FPGA的自适应LMS算法的实现[J];华北电力大学学报;2003年04期
5 陆扬;;OFDM技术及其在第四代移动通信中的应用[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2006年05期
6 王智;杜韵乔;姚玉坤;;4G通信系统中OFDM技术的分析[J];计算机与数字工程;2007年12期
7 张永;OFDM在无线城域网的应用[J];通信世界;2004年14期
8 黄建钢;锁相环频率合成器相位噪声分析[J];雷达与对抗;1994年03期
9 李培胜;张贤达;苏泳涛;武露;;A Novel Minimum Output Variance Estimator for Carrier Frequency Offset in OFDM Systems[J];Tsinghua Science and Technology;2007年06期
10 陈良明;韩泽耀;;OFDM——第四代移动通信的主流技术[J];计算机技术与发展;2008年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王浩;孙艳华;李道本;;时间频率二维重叠复用系统及其快速检测算法[J];北京工业大学学报;2011年01期
2 莫勇;王竞;刘栋;李道本;;时频重叠复用系统的低复杂度序列检测算法[J];北京航空航天大学学报;2009年01期
3 韩力,王立众;L波段FH频率合成器的设计与实现[J];北京理工大学学报;2000年05期
4 张彦梅;;基于被动毫米波探测技术的近场目标识别方法[J];北京理工大学学报;2006年07期
5 张彦梅;;基于激光探测技术的坦克目标识别方法[J];北京理工大学学报;2007年01期
6 白自权;李道本;;一种符号干扰信道中最优传输方式[J];北京邮电大学学报;2005年06期
7 徐瑨;陶小峰;张静;韩娟;张平;;MIMO系统中基于野值剔除的最大多普勒频移估计[J];北京邮电大学学报;2007年01期
8 赵东峰;李道本;;OVTDM系统的一个性能界[J];北京邮电大学学报;2007年04期
9 王竞;李道本;;频率域序列检测的多载波系统[J];北京邮电大学学报;2007年05期
10 张曦林;刘海涛;李道本;;高速率的符号干扰传输及其编码的检测译码[J];北京邮电大学学报;2007年06期
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘献玲;陈健;阔永红;王甫莉;;基于累量的OFDM信号调制识别[J];电子科技;2007年02期
2 黄振,陆建华,杨士中;卫星通信中多普勒频移的快速捕获[J];电子学报;2003年07期
3 郑大春,项海格;一种全数字化载波频偏估计器算法[J];电子学报;1999年01期
4 王爱华,安建平,黄其华;高动态条件下PN码扩谱接收机的频率跟踪策略[J];电子与信息学报;2004年04期
5 帅涛,刘会杰,梁旭文,杨根庆;一种大频偏和低信噪比条件下的全数字锁相环设计[J];电子与信息学报;2005年08期
6 贺军;郭伟;;一种新的消除V&V算法载波相位模糊的方法[J];电子与信息学报;2006年05期
7 黄奇珊;彭启琮;路友荣;韩猛;;OFDM信号循环谱结构分析[J];电子与信息学报;2008年01期
8 王庆;葛临东;巩克现;;一种基于自相关矩阵的OFDM信号同步参数盲估计算法[J];电子与信息学报;2008年02期
9 李剑强;崔伟亮;江桦;王宁;;OQAM/OFDM信号二阶循环平稳性分析[J];电子与信息学报;2011年05期
10 刘嘉兴;;深空测控通信的特点和主要技术问题[J];飞行器测控学报;2005年06期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 褚振勇,屈丹,门向生;利用FPGA实现数字信号处理[J];电讯技术;2000年01期
2 张维良,郭兴波,潘长勇,杨知行,韩周安;高速FIR滤波器的流水线结构[J];电讯技术;2002年02期
3 艾渤,王勇,葛建华;COFDM系统的信道估计算法[J];电讯技术;2002年06期
4 王远模,赵宏钟,张军,付强;用FPGA实现浮点FFT处理器的研究[J];国防科技大学学报;2004年06期
5 张浩,叶梧,王恒辉,童调生;相位噪声下OFDM系统中的信道估计与均衡[J];华南理工大学学报(自然科学版);2005年08期
6 李利,易丹,谈振辉,金晓军;OFDM:4G中的OFDM关键技术[J];辽宁工学院学报;2003年06期
7 杨奎武,魏博;扩频通信中匹配滤波器的FPGA设计[J];微计算机信息;2005年03期
8 陆彦辉;张俊;尹长川;乐光新;;MIMO-OFDM系统无线衰落信道容量分析[J];无线电工程;2006年11期
9 黄武襄,王红线;第四代移动通信探讨与展望[J];移动通信;2003年06期
10 邱磊,陈广辉;浅谈OFDM与CDMA的技术对比[J];中国无线电;2004年08期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张生华;;微波功率放大器相位噪声测试用相位电桥的分析与定度[J];火控雷达技术;1986年02期
2 杨俊;宋金书;;锁相式频率合成器输出相位噪声的分析[J];军事通信技术;1988年04期
3 闵洁;Ku频段卫星通信微波频率综合器[J];无线电通信技术;1995年03期
4 张云,张天才,李廷鱼,谢常德;法布里-珀罗腔对相位噪声测量的影响[J];光学学报;2000年04期
5 ;宇宙通信、星际通信、卫星通信与多址通信[J];电子科技文摘;2000年11期
6 王博,郭林;CMOS环形振荡器的噪声分析[J];微电子学;2003年03期
7 孟超,邹雪城,吴建军,朱全庆,赵江华;高速低相位噪声VCO设计[J];电子工程师;2003年04期
8 许林健,陈雅琴,冯正和;800MHz射频频率合成器的设计及相位噪声性能分析[J];电讯技术;2004年06期
9 金龙保,卢结成;OFDM系统中相位噪声的影响及ICI自消除方案[J];无线通信技术;2005年01期
10 谭峰;黄显核;;一种高频低相噪晶体振荡器电路的设计[J];压电与声光;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李鹏;米红;郑晋军;陈忠贵;;导航信号相位噪声指标分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 邓永生;熊蔚明;谢春坚;陈小敏;;相位噪声对BPSK系统误码率的影响[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
3 宋志强;刘冬;张溥;;导航用下行信号相位噪声恶化对测距误差的影响分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
4 潘光斌;;基于频谱仪的相位噪声测试及不确定度分析[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
5 张海洋;逯贵祯;于亚洲;夏禹;;X波段低相噪介质振荡器仿真设计[A];第七届卫星通信新技术、新业务学术年会论文集[C];2011年
6 方立军;马骏;龚晓凌;;雷达低噪声锁相频率合成[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年
7 黄勇;王家礼;;利用Q3236设计的微波锁相环[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年
8 聂伟;帅涛;刘亚欢;李国通;;相位噪声对卫星信号解调误码率的影响分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S04原子钟技术与时频系统[C];2012年
9 廖梁兵;;一种Ka波段频率合成器设计[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
10 金海焱;唐宗熙;卢子焱;;一种介质振荡器的分析与设计[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第一册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 李锦林;零外差接收机大举进入信息家电[N];中国电子报;2001年
2 ;ADI:ADF4350[N];通信产业报;2008年
3 ;OFDM技术的优缺点分析[N];人民邮电;2003年
4 Agilent Technologies 公司供稿;创新 频谱分析仪发展之源[N];中国电子报;2001年
5 本报记者 宋跃 王祥明 通讯员 向红;旭光科技:争创高频电子产品一流企业[N];中国电子报;2003年
6 龙泉;CMOS射频IC崭露头角[N];中国电子报;2001年
7 何春权;高温超导应用新进展[N];光明日报;2000年
8 ;GSM射频跳频与基带跳频[N];人民邮电;2000年
9 本报记者 李博 孟祥初;安捷伦科技完善在华“3+1”战略布局[N];通信产业报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王艳;反馈式振荡器相位噪声的理论分析及优化技术研究[D];电子科技大学;2013年
2 陈鹏;无线通信中相位噪声和载波频偏的估计与消除[D];北京邮电大学;2012年
3 刘光辉;OFDM系统中相位噪声的影响与抑制研究[D];电子科技大学;2005年
4 闫明;高重复频率超短脉冲放大及相位噪声抑制的研究[D];华东师范大学;2013年
5 王少华;全数控CMOS LC振荡器的研究与设计[D];清华大学;2007年
6 井庆丰;OFDM系统中相位噪声的自适应补偿方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 于建国;优于皮秒(ps)量级的频标比对技术和高精度频率测量方法的研究[D];西北工业大学;2003年
8 马海虹;W波段低相噪锁相频综技术研究[D];电子科技大学;2007年
9 王明华;高速水声通信中OFDM的关键技术与应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 周海峰;极低电压应用的低功耗低相噪压控振荡器的研究与实现[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邬远蓉;基于中频数字PLL测试相噪的新方案研究[D];电子科技大学;2005年
2 张乐;一种低相噪毫米波频率合成器的研制[D];电子科技大学;2008年
3 郭广坤;宽带高精度可变时钟产生方法研究及模块设计[D];电子科技大学;2010年
4 高宇洁;OFDM系统中相位噪声的影响与补偿[D];西安电子科技大学;2007年
5 廖丰卓;射频信号的光学处理方法[D];电子科技大学;2007年
6 王华磊;高频低相噪声表面横波振荡器研究[D];电子科技大学;2008年
7 房庆艳;压控振荡器的设计与优化[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 朱良乐;锁相环电路信号完整性分析[D];上海交通大学;2008年
9 颜琦;跳频通信系统中高频频率合成器的设计与工程应用研究[D];重庆大学;2006年
10 王德胜;低噪声频率变换技术及铷原子频标的改进[D];西安电子科技大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026