OFDM系統(tǒng)的頻率偏移估計算法研究.pdf

1、工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化為無線技術在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應用提供了基礎和可能，除了在理論上的研究工作外，在一些工業(yè)控制網(wǎng)絡中，無線通信技術已獲得了應用。正交頻分復用(OFDM)是一種無線通信環(huán)境下的多載波調制技術，其基本思想就是將高速的串行數(shù)據(jù)流轉換成低速的并行子數(shù)據(jù)流，從而增加整個OFDM碼元的持續(xù)時間，有效的抵抗多徑信道引起的碼間串擾。 由于硬件技術的飛速發(fā)展和OFDM技術本身所具有的較好的抗多徑衰落、頻譜利用率高等優(yōu)點，該技術有可

2、能被下一代移動通信系統(tǒng)采用。無線網(wǎng)絡無可比擬的優(yōu)越性，可以免去大量的線路連接，節(jié)省系統(tǒng)的構建費用和維護成本，還可以滿足一些特殊場合的需要，與此同時，大大增強了系統(tǒng)構成的靈活性。加之無線通信技術自身的不斷改進，無線通信技術在工業(yè)控制領域中必將具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。但由于OFDM技術對頻率偏移非常敏感，所以較小的頻率偏移也可能使通信質量受到較大的影響，導致系統(tǒng)性能大幅度下降。 本文利用OFDM系統(tǒng)中不同的已知信息和結構，深入

3、研究了OFDM技術中的頻率偏移估計問題，改進并提出了進行頻率偏移估計的以下研究方法。 1．分析總結了載波頻率偏移對OFDM系統(tǒng)的影響OFDM技術區(qū)分各個子信道的方法是利用各個子載波之間嚴格的正交性。由于無線信道的時變特性，在傳輸過程中出現(xiàn)的無線信號頻譜偏移，或發(fā)射機與接收本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會使OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，導致子信道間干擾。因此，對頻率偏移的敏感性是OFDM系統(tǒng)的主要缺點。 2．改

4、進了循環(huán)前綴算法的性能基于時頻數(shù)據(jù)結構的算法包括循環(huán)前綴算法和類MUSIC法。在基于循環(huán)前綴的算法中，首先對該算法在白噪聲條件和多徑條件下的性能分別進行仿真，然后通過對兩組實驗結果的比較，得出當信道最大時延擴展比較大，出現(xiàn)碼問干擾時，算法性能下降較快的結論。通過進一步分析該算法的跟蹤性能以及它對信道時延和多普勒頻率擴展等參數(shù)變化的敏感性，對算法和系統(tǒng)參數(shù)進行修正和優(yōu)化。通過仿真實驗可以看出，在最大時延擴展較小的情況下，優(yōu)化后的算法對多普

5、勒頻率擴展的大小變化不敏感； 3．優(yōu)化了類MUSIC算法的性能在類MUSIC算法中，通過逐步改進實驗結果的方法將算法和系統(tǒng)參數(shù)進行最優(yōu)化，分析了改進算法在白高斯噪聲信道中的性能。通過仿真實驗可知，在出現(xiàn)碼間干擾的情況下，即使信噪比比較高，改進算法的性能仍下降得很快。 4．提出了基于最大似然估計的加權估計算法雖然基于時域導頻碼元的方法精度較高，性能也較其他算法優(yōu)良，但由于占用資源太多，一般不被用于頻率偏移的跟蹤，只能用于粗

6、頻率偏移估計；而最大似然估計算法卻能利用導頻因子，在加性白高斯噪聲信道中獲得較好的效果，但由于在多徑衰落信道中，不同位置的導頻因子有不同的信噪比，OFDM符號受到的影響也不一樣，所以最終的頻偏估計效果并不是很好；鑒于此，本文在最大似然估計算法的基礎上提出了適合于多徑衰落信道下的加權估計算法，這種算法通過使頻偏估計的方差最小的方法來確定加權因子。算法中聯(lián)合不同OFDM符號中的導頻因子進行頻偏估計，以此來減少多徑衰落信道的影響，通過計算機的