软件无线电和OFDM系统中的同步技术研究

【摘要】：近年来,人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究,并取得了初步的成果。正在研究的热点技术包括正交频分复用(OFDM)、多输入多输出(MIMO)、软件无线电技术等。同步问题是通信信号处理中首先需要解决的重要问题,其直接关系到后续的基带信号处理算法的性能。本文则主要研究了OFDM系统中的载波频偏估计问题和软件电台中的单载波突发信号同步问题。本文的主要研究成果如下: 1.提出一种基于ML准则的OFDM整数倍频偏估计方法,其充分利用了频域两个连续的OFDM数据码元序列之间的差分信息。通过理论分析表明,无论是在AWGN信道还是在频率选择性衰落信道情况下,新的ML估计方法的性能都要优于传统的SC估计方法。 2.研究了多径传播环境中基于循环前缀的ML联合同步方法的相关长度对同步估计性能的影响。提出一种基于部分相关的PCPML算法,其首先利用子空间分解技术动态跟踪多径信道变化,然后实时计算出最佳相关长度用于码元定时和频率偏差估计。仿真结果证明,与基于全部相关的ACPML算法相比,新的PCPML算法可以有效地抑制多径传播对同步估计性能的影响,避免地板效应的出现,从而进一步提高了同步估计性能。 3.开发了OFDM系统和信号的MV分析模型。MV模型以严格的数学形式定义了OFDM信号从发射到接收经历的各个过程,并综合考虑了多种因素,如虚载波、载波频偏、多径信道和信道阶数大于循环前缀等。基于MV表示形式的OFDM频域接收信号模型有助于分析OFDM系统中的ICI和ISI等问题。OFDM时域接收信号模型的MV推导形式清楚展现了OFDM信号模型和等距线阵信号模型的相似之处,这启发了利用DOA估计方法进行OFDM频偏估计的思路。 4.通过分析表明基于虚载波的OFDM频偏估计模型可以等价为阵列信号处理中的等距线阵DOA估计模型。这个重要的结论为解决OFDM频偏估计问题提供了广阔的思维空间,因为只是简单的利用多种已有的DOA估计方法就可以得到多种频偏估计方法。 5.结合等价模型中OFDM等价方向矩阵的特有结构,并以DOA估计中的DML方法为基础,提出了四种新的OFDM频偏估计方法。这四种方法或者具有高的计算效率,或者具有好的估计性能。 6.研究了一种基于鉴频检测和FFT的GMSK突发信号的联合同步方法。提