OFDM系统中相位噪声消除技术研究

哈尔滨工程大学硕士学位论文OFDM系统中相位噪声消除技术研究姓名：岳丽申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：赵旦峰20070101OFDM系统中相位噪声消除技术研究作者：岳丽学位授予单位：哈尔滨工程大学相似文献(10条)1.学位论文吴继文TDS-OFDM系统相位噪声补偿技术研究与实现2009本文主要研究正交频分复用(OFDM)无线传输系统的相位噪声补偿问题。文章首先介绍OFDM技术的发展概况和基本原理，对相位噪声的基本概念、数学公式进行了归纳与推导，通过分析相位噪声CPE和ICI部分对OFDM接收机系统性能造成的影响，利用频域导频相位提取和数据判决反馈的方法，提出一种能够同时消除CPE和ICI的相位噪声补偿算法；并针对TDS-OFDM特定的PN序列帧格式，通过对所提补偿算法的改进，有效地克服了传统算法对频率选择性衰落敏感的缺陷；进一步，针对由非理想信道估计所导致的子载波相位非均匀问题进行了详细的分析，提出了一种基于并行反馈环路的补偿算法，可以有效纠正个别子载波的相位跳变问题；在理论推导的基础上，结合Matlab仿真对全文算法的有效性和可实现性进行了充分的比较和分析；最后，为了满足相位噪声时频混合补偿算法硬件实现的需要，提出了一套完整的中国数字电视地面广播传输标准DTMB接收机系统频域均衡器硬件实现方案，并用实际采集数据对系统的整体性能进行了验证。2.学位论文王德方基于OFDM技术的短距离无线通信射频前端关键技术研究2006无线局域网(WLAN)是20世纪90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，为信息通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了更加方便的手段，成为宽带无线接入的有效途径之一。无线通信中为了获得高的数据速率和应对多径衰落而采用的关键技术有正交频分复用(OFDM)技术，OFDM技术结合了多载波调制(MCM)和频移键控(FSK)调制，它把信道带宽划分成若干个相互独立且彼此正交的子信道，经过调制映射(如QAM，DQPSK)的信息数据再分别调制到各个子信道上并行传送出去，这样相应增加了码元的持续时间，也就减小了色散Rayleigh衰落环境带来的码间干扰的影响。本论文就基于OFDM技术的无线局域网通信系统进行了深入的分析和研究，并探讨了实现的方案。论文的第二部分讨论了射频接收机的各种架构的技术特点和．应用以及衡量接收机性能的主要参数，而在无线局域网中为了降低系统成本和提高集成度而多采用直接正交变频结构。接着分析了在系统中起关键作用的正交变频器中IQ电路与信号不平衡性对系统性能的影响，特别给出了本振源相位噪声对OFDM符号解调的影响，即由自子载波相位噪声引起的信号相位旋转和相邻子信道载波信号相位噪声叠加导致的似高斯噪声干扰，又介绍了在实际应用系统中正交变频器IQ解调信号平衡性的测试和如何解决实际应用中遇到的IQ路信号时延的问题。第四章主要介绍了锁相频率合成器的结构模型及工作原理，分析了锁相环路的滤波性能、电路参数对相位噪声的影响，说明了如何设计优良的锁相环路。第五章主要是讨论了射频前端关键模块本振源振荡器的设计,分析了反馈振荡器的起振、平衡条件，比较了用晶体管S参数和时域贝塞尔函数法设计振荡器的优缺点，最后以科尔皮兹型振荡器为例用ADS软件进行设计仿真，给出了设计结果。总之，围绕实现基于OFDM技术的无线局域网通信系统，探讨了在系统中起着关键作用的正交变频器、锁相环路和本振源模块对系统性能的影响，介绍了如何来提高系统性能以及设计中应注意的难题，为以后系统的实现奠定了基础。3.学位论文吴悠OFDM系统中抑制相位噪声算法的研究2008OFDM作为一种高效的调制技术，能有效的对付多径衰落信道引入的符号间干扰(ISI)；同时，OFDM系统频谱效率较高，可以提供更高的传输速率。因此，OFDM技术非常适用于未来的高速无线多媒体通信系统。OFDM系统要求子载波间具有严格的正交性，而且其符号周期较长，因此对本振相位噪声较为敏感。相位噪声是频率源非理想因素引入的一种随机相位干扰，对解调的OFDM信号产生两种影响：公共相位误差(CPE)和载波间干扰(ICI)。对于相噪的补偿问题，传统的方法都是对CPE进行纠正，而把ICI近似为高斯白噪声，这样的处理方法不总能满足系统性能要求。本文通过分析OFDM技术的相关理论和主要特点，以DVB-T系统为基础讨论了相噪跟踪抑制算法，并提出了改进措施、具体设计和实现，主要研究工作如下：(1)详细分析了适用于DVB-T系统的相位噪声模型的建模改进方法，并编码实现。主要思路是结合滤波器相噪模型和MATLAB自带的相噪模型，模拟出相位噪声之后再经过上采样，相位旋转等处理将其加入信号的相位之中。(2)提出一个相位噪声校正系统方案，消除系统中CPE和ICI的干扰，仿真并实现。该系统需要借助OFDM系统的连续导频信息和信道估计信息。有三个关键模块：CHE、CPE消除、ICI抑制等模块。这三个模块的算法都在频域完成，而且在信道估计和均衡完成之后，先消除CPE的干扰，再抑制ICI的干扰。(3)CHE、CPE、ICI模块的算法设计与仿真。CHE是采取在时域上进行LMMSE和线性插值，然后在频域上进行性能较好的维纳滤波插值。CPE的消除算法虽较简单，但有其缺点，本课题在连续导频选择和相位平均方法上进行了改进，取得较好效果。ICI的抑制算法先利用LMS均衡算法确定左右相邻导频点子载波的校正系数，然后利用该校正系数对其他数据子载波进行ICI校正。仿真分析表明，该相噪校正系统不仅可以有效的减小OFDM系统中的相噪干扰，而且实现不复杂，硬件开销比较小，有一定的实用价值。4.学位论文王明华高速水声通信中OFDM的关键技术与应用研究2007水声通信技术在国防上具有重大的战略意义，同时也越来越多地被应用到海洋环境考察、资源开发等民用领域。水声信道高速率数据传输更成为水下通信技术的前沿热点研究课题之一，也是一项刻不容缓的任务。高速水声通信面临最困难的问题就是多途干扰，其中码元的自多途引起接收信号的幅度衰落，码元间的互多途引起接收信号的码间干扰；再加上海洋环境的高噪声背景、低的载波频率、极为有限的带宽以及传输信道的时间-空间．频率变化特性，使水声信道成为迄今为止最困难的无线通信信道；正因为如此，高速可靠的水声通信已成为世界性的难题。本文主要针对高速水声通信中OFDM的关键技术与应用进行了研究，所做的工作主要有：1．高速水声通信中OFDM的关键技术研究。论文针对高速水声通信中OFDM的部分关键技术进行了仿真研究，并通过湖上和海上试验数据进行了验证。主要研究的关键技术有：1)保护间隔：本文就保护间隔对OFDM系统的影响进行了分析，并结合深海水声信道的特点提出了一种可适合于深海水声通信的保护间隔结构，仿真结果表明该结构具有较好的效果。2)信道估计：本文主要讨论了导频辅助信道估计方法，比较了梳妆导频与块状导频的性能，特别研究了水声信道中导频插入间隔对系统性能的影响。3)频率同步：本文针对频率同步对OFDM系统的性能影响进行了分析，提出了一种频偏估计方法，仿真结果表明该方法具有较高的估计精度，并通过试验数据验证了该方法在移动水声通信中的可行性。4)相位噪声：本文进行了相位旋转的理论分析，并针对采样时钟偏差导致的相位噪声进行了研究；提出了一种基于双符号块状导频的补偿采样时钟偏差的相位补偿方法，并通过仿真和试验数据进行了验证。2．高速水声通信中OFDM技术的试验研究。本文结合OFDM关键技术分别进行了高速水声通信中OFDM技术的湖上和海上试验研究，试验研究结果表明，采用OFDM技术进行高速水声通信是切实可行的，具有较高的通信速率和较低的误码率；同时也验证了各关键技术在水声信道中的实用性。3．高速水声通信中OFDM技术的系统应用研究。本文设计实现了两个基于OFDM技术的高速水声通信系统：1)基于OFDM技术的水下转发器系统。本文简要介绍了系统的设计与实现，并进行了系统的湖上试验研究，达到了较好的效果；并针对系统设计中存在的不足提出了改进建议。2)基于OFDM技术的超高速水下图像水声传输系统。该系统主要应用于水下高分辨率图像传输甚至视频传输，本文针对系统软硬件设计与调试中的问题进行了阐述，并完成了系统的联调。5.学位论文徐瑶OFDM系统的同步算法研究2008正交频分复用是第四代移动通信的核心技术,它最大的优点是有很好的对抗无线信道多径传播的能力,并且提高了频谱的利用率。它可以提高系统容量,满足人们对下一代无线通信系统高数据传输速率和高的用户移动速度的要求。相比其他单载波通信系统而言,OFDM系统对频率偏移和相位噪声非常敏感,因为频率偏移会破坏多载波系统各子载波之间的正交性,引入子载波间干扰,对系统性能造成很大的影响。所以同步技术是OFDM首先要解决的关键技术之一,本文的主要工作为OFDM系统同步技术的研究,包括同步算法和同步实现。本文从OFDM系统模型入手,首先介绍OFDM的基本原理,接着分析了OFDM技术的优缺点,着重探讨了OFDM技术的同步问题：分析了两种同步误差(定时偏差和频率偏差)对OFDM解调性能的影响,然后对定时同步及频率同步算法进行了深入研究,在AWGN信道以及频率选择性信道下,对各种算法做了仿真,分析并比较了多种同步的性能及各种算法的适用范围和优缺点,并提出了改进的定时估计算法和频率同步算法,改进算法利用相关性可以找到准确的定时位置和频率偏移量,仿真结果表明改进的定时算法在正确位置有一个尖锐的峰值,且定时误差明显降低。利用定时同步的结果,重新设置差分系数,从而确定频率偏移量的大小,仿真结果表明改进的频率同步算法具有更小的均方误差。6.学位论文韩良冬OFDM无线传输中的相位噪声补偿技术2006本文重点研究正交频分复用(OFDM)无线传输系统中相位噪声补偿问题，并讨论该系统中多普勒频移、脉冲噪声、窄带干扰的检测和抑制方法。文章首先介绍了OFDM技术的发展概况和基本原理，并阐述相位噪声的基本概念，在详细分析了相位噪声对OFDM系统造成的两种影响CPE和ICI的基础上，从利用OFDM符号中已有导频及循环前缀、插入专用导频及其相应保护间隔、改变收发两端载波数据调制方式三个角度，深入研究了三类相位噪声跟踪和补偿算法，提出一系列改进措施。此外，本文还讨论了OFDM系统中脉冲噪声和窄带干扰的检测和抑制算法，以及如何抵抗移动接收中的多普勒频移问题。在理论推导的基础上，结合Matlab仿真对这些算法的有效性和可行性进行了分析和比较。最后在实际FGPA电路中实现了相位噪声补偿模块。7.学位论文王德刚OFDM/MIMO-OFDM系统中载波频偏估计和相位噪声抑制技术研究2008正交频分复用(OFDM)以及它和多输入多输出(MIMO)的结合-MIMO-OFDM是目前宽带无线通信非常具有潜力的传输技术之一，然而，OFDM和MIMO-OFDM技术对载波频偏(CFO)和相位噪声(PHN)非常敏感，CFO和PHN会破坏OFDM子载波的正交性，严重恶化系统性能。因此，有效对抗CFO和PHN成为OFDM和MIMO-OFDM技术实现的一个重要挑战。论文主要针对OFDM和MIMO-OFDM系统实现中的CFO估计和PHN抑制方法进行了研究。论文的主要工作和创新之处在于：1，针对准静态多径信道环境下的OFDM系统，提出了一种低复杂度的盲CFO估计算法，该算法利用解调数据二阶统计量矩阵的对角能量最大化准则得到CFO估计，有效提高了CFO估计精度。该算法经推导可得出估计式的闭环求解表达式，具有较低的实现复杂度。2、在时变多径信道环境下，提出了一种面向判决(DD)的联合CFO和信道盲估计算法，该算法基于空间选择性期望最大化(SAGE)算法思想，采用迭代的方式得到CFO和信道的精确估计，并通过近似得到闭环的CFO估计求解表达式，有效降低了算法复杂度。3、在准静态多径信道环境下，针对存在PHN的OFDM系统提出了一种面向判决的载波间干扰(ICI)迭代抑制算法，所提算法利用Huber滤波思想，改进了传统PHN最大似然(ML)迭代抑制方法的反馈函数，从而有效减弱了判决误差对迭代抑制性能的