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OFDM系统非协作接收关键技术研究

黄奇珊  
【摘要】: 正交频分复用(OFDM)传输系统,以其可对抗频率选择性衰落,高频谱利用率等优点,得到广泛应用。其协作通信中相关问题的研究,一直是近几年国际上研究的热点。但是,对其非协作接收的报道甚少。从国家信息安全角度出发,对OFDM信号进行非协作接收的研究,意义重大。本文研究OFDM信号非协作接收中的关键技术,在以下五个方面取得了成果和创新: (1)建立了OFDM信号的非协作数学模型。在分析OFDM信号非协作接收的特殊性基础上,提出了OFDM系统非协作接收的框架,指出OFDM非协作接收需要解决三个关键问题,即调制方式识别、参数估计和同步技术。 (2)提出了OFDM信号的调制方式盲识别算法,具体分为带通识别和基带识别两个步骤。在带通识别部分,利用正态测试,区分多载波信号和单载波信号;在基带识别部分,结合OFDM系统的等效标量模型,利用信息符号的统计特性,识别子载波上的调制方式。用Monte-Carlo方法,仿真测试了算法在多径和AWGN信道中的识别性能。结果显示,本算法不需要任何先验信息,在低信噪比条件下可靠有效。 (3)根据IDFT输出后脉冲成型的理论模型,证明OFDM信号是无条件循环平稳的,没有文献[34]提出的限制。文献[34]根据用滤波器组实现子载波分别脉冲成型的理论模型,得出有条件循环平稳的结论,即必须有循环前缀、或子载波加权或非矩形脉冲成型。而实际中,本文所用的模型是被众多方案所采用的模型。在此基础上,还推导了带通OFDM信号的谱相关密度函数,在推导过程中,提出了一种谱相关密度函数推导方法,过程简洁,结果直观。并用MPSK信号加以验证,验证结果显示,根据新方法得到的MPSK信号谱相关密度函数,与经典文献一致,且得到计算机仿真结果的支持。 (4)基于OFDM信号的二阶循环平稳特性,提出了两种盲算法,对码片时宽、载频进行估计。它们分别是基于循环谱的载频和码片时宽联合估计算法,以及基于循环自相关的码片时宽估计算法。这两种算法不仅不需要先验参数信息,而且由于采用了非零循环频率进行估计,避免或减小了平稳噪声和干扰的影响,适用于低信噪比情况。文中还对参数估计方法的性能作了分析,推导了载频和码片时宽联合估计的Cramér-Rao限。计算机仿真结果表明,在采集时间足够长时,算法在AWGN信道和多径信道下,输入信噪比为OdB甚至负信噪时,仍能达到较好的估计精度。因此,算法适合于恶劣通信条件下的信号侦察。 (5)在DSP处理器上,实现了基于循环谱的OFDM信号盲码片时宽估计。尽管信号的二阶循环平稳特性,是信号盲处理的有效工具,但是因为算法计算量比较大,不易用硬件实现。目前,国内利用信号的循环平稳特性进行盲处理,还处在理论仿真阶段。本文对谱相关密度函数的硬件实现,做了初步尝试,在TMS320C6416芯片上,实现了基于循环谱的OFDM信号码片时宽估计算法。


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