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OFDM系统同步算法研究

郑美华  
【摘要】:正交频分多路复用(OFDM)是一种多载波调制技术。由于具有很高的频谱利用率,很强的抗多径延迟能力,它已经广泛的应用在数字音频广播、数字电视以及无线局域网等无线高速数据传输系统中,并将会成为第四代移动通信的关键技术之一。 OFDM 系统对同步误差非常敏感,特别是对频率偏差。当存在同步误差时,子载波之间的正交性遭到破坏,从而引起严重的子载波间干扰(ICI),使系统性能大大下降。因而性能良好的同步方法对于OFDM 系统是至关重要的。 本文首先回顾了OFDM 技术的发展历程,介绍OFDM 技术的优点和OFDM 系统的关键技术。在讲述了无线信道的传播特性后,着重研究海上SHF 信道特性,针对海上SHF 信道的传输特点,提出了海上SHF 信道的多径模型。基于FFT/IFFT 的OFDM系统模型介绍OFDM 系统的发射机和接收机的基本组成部分,然后从理论上分析了定时偏移和频率偏移对OFDM 系统的影响。 本文重点研究OFDM 系统同步算法。首先从技术上介绍OFDM 系统同步算法的基本情况,然后重点研究基于训练序列的同步算法,分析基于训练序列的经典定时同步算法的优缺点,在借鉴Schmidl 等人改进算法思路的基础上,提出了具有冲击响应特性的理想定时曲线。本文通过设计一种时域互补、频域对称序列来得到这种类似冲击响应的理想定时曲线,从而大大提高了定时同步精度。利用已经完成定时同步的互补训练序列同时完成系统的小数频偏和整数频偏估计。在FFT 之前先完成小数频偏估计,能提高小数频偏估计的精度。经过小数频偏补偿,在FFT 之后再利用训练序列的频域对称特性完成整数频偏估计,增大了系统频偏估计的范围。 最后讨论FPGA 实现同步算法和FFT/IFFT 的硬件设计方法,利用了Altera 提供的兆函数来实现延时相关算法,在重点研究了FFT 的基本模块蝶形单元中旋转因子复数乘法的实现以及蝶形单元的实现后,给出了基于顺序处理的128 点FFT 算法的FPGA 设计。


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