無線城域網(wǎng)的OFDM系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究

1、無線城域網(wǎng)的OFDM系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究【摘要】：正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM技術(shù)具有很強(qiáng)的抗符號間干擾、抗多徑衰落能力，適合在無線信道中傳輸高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因而倍受關(guān)注。但是，OFDM對于同步誤差和信道估計誤差非常敏感，在IEEE802.16OFDM系統(tǒng)中如何有效地實現(xiàn)同步和信道估計是有待解決的新問題。為此，本文重點(diǎn)研究了IEEE802.16OFDM系統(tǒng)中的同步、信道估計和OFDM系統(tǒng)軟硬件設(shè)計實現(xiàn)等問題，主要內(nèi)容和創(chuàng)新性研究工作如下：1、論文通過具體分析IEEE802.16協(xié)議，針對IEEE802.16系統(tǒng)特殊的幀結(jié)構(gòu)，討論分析了基于訓(xùn)練符號的幀同步算法

2、延遲相關(guān)算法，提出了一種新的基于特殊加權(quán)序列的幀同步算法，達(dá)到精確同步的目的，又具有較低計算復(fù)雜度且不易受頻偏影響。討論分析了符號定時同步算法；利用OFDM子載波之間的正交性所包含的冗余信息，提出了一種利用“虛載波”的高性能、低復(fù)雜度頻偏估計算法，通過仿真我們發(fā)現(xiàn)該算法具有超高分辨率子空間方法MUSIC的精度，而不需要其計算極為復(fù)雜的子空間分解運(yùn)算，而且數(shù)據(jù)利用率高，捕獲范圍是整個0，2，即使在低信噪比的信道條件下，也具有比較好的同步性能，滿足IEEE802.16系統(tǒng)的特點(diǎn)。考慮到系統(tǒng)可能會工作在低信噪比高誤比特率環(huán)境下，需要有適當(dāng)?shù)亩〞r恢復(fù)，而通過分析發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)有的算法或效果不佳或延時代價太

3、大，本文提出一種利用Viterbi-like算法的聯(lián)合定時恢復(fù)算法，仿真表明這種定時恢復(fù)方法即使在檢測器的誤比特率高于10(-2)時仍能很好的工作，適用于802.16WMAN中應(yīng)用。2、論文研究了塊狀導(dǎo)頻的線性最小均方誤差(LMMSE)算法、IEEE802.16OFDM信道估計仿真分析，通過仿真說明IEEE802.16系統(tǒng)更適合使用塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。討論分析了MIMO-OFDM中一種基于空頻域的最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)置算法，給出了導(dǎo)頻圖案，通過仿真實驗表明，該算法與理想的信道狀態(tài)信息曲線非常接近，信噪比差距約在2dB左右，并且在快衰落條件下具有較好的穩(wěn)定性，其性能要優(yōu)于基于前導(dǎo)訓(xùn)練的信道估計方法。3、根據(jù)IE

4、EE802.16OFDM系統(tǒng)特點(diǎn)，論文分別在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺、在LabVIEW平臺上實現(xiàn)了OFDM調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)，模擬了整個系統(tǒng)的信號流程，進(jìn)行了OFDM仿真系統(tǒng)參數(shù)的選擇和調(diào)制模塊的仿真設(shè)計、論證各算法性能，并根據(jù)各種不同的條件：例如高斯噪聲、多徑衰落、有無保護(hù)間隔等，對系統(tǒng)的誤碼特性進(jìn)行了評估，為正確評價實際OFDM系統(tǒng)的性能提供了有效的理論依據(jù)。4、論文以軟件無線電思想作為指導(dǎo)，提出了以256點(diǎn)IFFTFFT為核心和以512點(diǎn)IFFTFFT為核心的兩種OFDM算法模式并存于同一個硬件平臺、且可預(yù)選的方案，它們在參數(shù)選取和性能指標(biāo)上有所差異，

5、均實現(xiàn)了相似的模塊和功能。5、論文參考IEEE802.16無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)設(shè)置，針對本設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)硬件的性能速率，提出了一種應(yīng)用于實驗室環(huán)境的信號結(jié)構(gòu)、幀格式等參數(shù)設(shè)計。6、論文基于TI公司的6701evm數(shù)字評估板卡，結(jié)合模擬前端搭建數(shù)字中頻平臺，設(shè)計了基帶處理的DSP軟件模塊并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，基本實現(xiàn)了一套完整的OFDM調(diào)制解調(diào)方案。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，驗證了本系統(tǒng)的設(shè)計是可行的。7、論文設(shè)計了一種16QAM星座圖映射和QPSK星座圖映射可預(yù)選的數(shù)字調(diào)制軟件模塊，根據(jù)所選的調(diào)制方案，可建立不同特性的OFDM連接；設(shè)計完成的IFFTFFT調(diào)制軟件模塊，可在建立連接之前選擇Ra

6、dix-2或Radix-4的調(diào)制方式；設(shè)計并添加了一個滾降系數(shù)軟件可選的升余弦滾降窗，加快了OFDM信號功率譜帶外部分的衰減速度。8、論文針對硬件平臺，設(shè)計并提出了一種以鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為核心的Viterbi譯碼的軟件實現(xiàn)方法，適用于6701evm平臺的卷積解碼，應(yīng)用于解調(diào)端，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗多徑衰落能力?！娟P(guān)鍵詞】：IEEE802.16OFDM同步信道估計系統(tǒng)參數(shù)硬件平臺軟件設(shè)計【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2007【分類號】：TN925.93【目錄】：摘要6-8ABSTRACT8-14第一章緒論14-261.1IEEE802.16無線城域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀14-

7、191.1.1IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)15-161.1.2IEEE802.16協(xié)議棧模型16-181.1.3IEEE802.16的技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用展望18-191.2OFDM技術(shù)的發(fā)展歷史19-201.3IEEE802.16OFDM系統(tǒng)研究現(xiàn)狀20-231.3.1IEEE802.16OFDM系統(tǒng)同步研究現(xiàn)狀20-211.3.2IEEE802.16OFDM系統(tǒng)中信道估計研究現(xiàn)狀21-231.3.3IEEE802.16OFDM系統(tǒng)仿真與實現(xiàn)研究現(xiàn)狀231.4論文主要研究工作23-241.5本文的內(nèi)容安排24-26第二章IEEE802.16OFDM系統(tǒng)的幾種同步算法研究26-492.1IE

8、EE802.16OFDM幀同步算法26-352.1.1IEEE802.16協(xié)議規(guī)定的WMAN-OFDM幀前導(dǎo)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有幀同步算法26-272.1.2延遲相關(guān)算法27-302.1.3基于特殊加權(quán)序列的幀同步算法30-352.2一種新的基于”虛載波”的頻偏估計方法35-402.2.1系統(tǒng)模型35-372.2.2頻偏盲估計算法37-392.2.3性能仿真39-402.3符號定時同步算法40-432.4一種新的符號干擾信道中的定時恢復(fù)算法43-482.4.1系統(tǒng)模型442.4.2聯(lián)合定時恢復(fù)算法44-482.5本章小結(jié)48-49第三章IEEE802.16OFDM系統(tǒng)的信道估計技術(shù)49-613.1基于塊

9、狀導(dǎo)頻的線性最小均方誤差(LMMSE)算法49-503.2對LMMSE算法的簡化50-523.3IEEE802.16OFDM信道估計仿真52-533.4MIMO-OFDM中一種基于空頻域的最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)置算法53-603.4.1MIMO-OFDM系統(tǒng)模型與信道描述54-563.4.2信道估計和導(dǎo)頻設(shè)置算法56-593.4.3算法仿真與分析59-603.5本章小結(jié)60-61第四章IEEE802.16OFDM系統(tǒng)仿真及性能分析61-824.1OFDM系統(tǒng)的Matlab仿真實現(xiàn)61-664.1.1仿真流程圖61-634.1.2仿真參數(shù)634.1.3仿真模型63-664.2OFDM系統(tǒng)的LabVIEW仿真

10、實現(xiàn)66-734.2.1LabVIEW簡介664.2.2OFDM系統(tǒng)的仿真設(shè)計66-734.3OFDM系統(tǒng)的仿真效果分析73-814.3.1OFDM發(fā)射系統(tǒng)的仿真分析73-784.3.2OFDM系統(tǒng)在不同信道特性下的誤碼性能仿真分析78-814.4本章小節(jié)81-82第五章IEEE802.16OFDM硬件平臺系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計82-895.1IEEE802.16的系統(tǒng)參數(shù)和調(diào)制方式82-835.2本系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計83-885.2.1主要參數(shù)設(shè)計83-855.2.2符號結(jié)構(gòu)設(shè)計85-865.2.3幀結(jié)構(gòu)設(shè)計86-885.3本章小節(jié)88-89第六章IEEE802.16OFDM系統(tǒng)的DSP設(shè)計與實現(xiàn)89-1146.1OFDM系統(tǒng)的硬件設(shè)計89-936.1.1OFDM系統(tǒng)平臺概述89-916.1.2模擬前端部分916.1.3基帶處理部分916.1.4OFDM中頻接收機(jī)平臺的設(shè)計91-936.2OFDM系統(tǒng)的軟件設(shè)計93-1086.2.1DSP軟件設(shè)計與程序流程93-976.2.2DSP軟件功能模塊97-1086.3系統(tǒng)調(diào)試與性能分析108-1126.3.1實際接收的OFDM信號波形108-1116