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全相位OFDM系统关键技术研究

孙山林  
【摘要】: 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing , OFDM)是近年来备受关注的宽带无线传输技术。为进一步提高其效率和性能,本文将全相位FFT(All-Phase FFT, APFFT)技术引入到OFDM系统中,建立了全相位OFDM(All-Phase OFDM, APOFDM)系统。对于解决APOFDM系统的子载波间干扰(ICI)消除、同步、信道估计和峰均比(PAPR)降低等问题,以及有效的利用APOFDM系统特点实现系统性能改善,是本文解决的主要问题。根据APFFT的特点,本文设计了APOFDM系统的帧结构;分析了ICI对APOFDM系统的性能影响;并提出了符合全相位帧结构的同步算法;同时还进行了信道估计、PAPR降低和多维星座设计等方面的研究。 第一,建立了APOFDM基带处理系统。APFFT能够较大的降低OFDM系统的ICI,并不会引入新的相位误差。在此基础上,得到了ICI引起APOFDM系统SNR下降的界,分析了ICI对系统SIR和BER的性能影响。研究结果表明:在APFFT处理下,OFDM系统的BER性能会得到很大的提高。 第二,利用APOFDM系统的帧结构特点,建立了适于本系统的时域自相关频率估计算法。该算法不受载波相位偏移的影响,能够非常准确的得到频率偏移;同时也建立了最大自相关帧同步算法,该算法充分利用全相位数据在时域自我复制的特点,通过搜索相关峰值得到帧起始位置。该算法大大提高了系统对抗频率偏移的能力,在时变信道中能够稳健的实现同步保持。 第三,根据系统在高密集热点地区对信道状态估计的要求,提出利用总最小二乘算法进行信道估计。该算法能够在快速时变信道中准确估计信道的变化,同时估计信道噪声对接收信号的影响,并利用最小范数得到最优解。仿真表明,本算法比较适合于多径衰落时变信道系统。 第四,把DCT变换引入到OFDM系统,利用DCT具有线性变换和能量集中的特点,大大降低了OFDM系统的PAPR。该技术与传统的PAPR降低技术比具有运算量小、PAPR降低幅度大、不引入冗余及能保持系统BER恒定的优点。从理论上论证了多维星座设计在OFDM系统中能够大大降低终端的功耗,也提高了系统的误码性能,但其本身具有很大的运算复杂度。


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