OFDM系統(tǒng)的頻率偏移估計(jì)算法研究.pdf

1、工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化為無線技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)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(luò)中，無線通信技術(shù)已獲得了應(yīng)用。正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種無線通信環(huán)境下的多載波調(diào)制技術(shù)，其基本思想就是將高速的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成低速的并行子數(shù)據(jù)流，從而增加整個(gè)OFDM碼元的持續(xù)時(shí)間，有效的抵抗多徑信道引起的碼間串?dāng)_。 由于硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和OFDM技術(shù)本身所具有的較好的抗多徑衰落、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)有可

2、能被下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用。無線網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建費(fèi)用和維護(hù)成本，還可以滿足一些特殊場合的需要，與此同時(shí)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性。加之無線通信技術(shù)自身的不斷改進(jìn)，無線通信技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中必將具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。但由于OFDM技術(shù)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(zhì)量受到較大的影響，導(dǎo)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(jié)構(gòu)，深入

3、研究了OFDM技術(shù)中的頻率偏移估計(jì)問題，改進(jìn)并提出了進(jìn)行頻率偏移估計(jì)的以下研究方法。 1．分析總結(jié)了載波頻率偏移對OFDM系統(tǒng)的影響OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交性。由于無線信道的時(shí)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(jī)與接收本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會(huì)使OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，導(dǎo)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(diǎn)。 2．改

4、進(jìn)了循環(huán)前綴算法的性能基于時(shí)頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jìn)行仿真，然后通過對兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，得出當(dāng)信道最大時(shí)延擴(kuò)展比較大，出現(xiàn)碼問干擾時(shí)，算法性能下降較快的結(jié)論。通過進(jìn)一步分析該算法的跟蹤性能以及它對信道時(shí)延和多普勒頻率擴(kuò)展等參數(shù)變化的敏感性，對算法和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修正和優(yōu)化。通過仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，在最大時(shí)延擴(kuò)展較小的情況下，優(yōu)化后的算法對多普

5、勒頻率擴(kuò)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(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法將算法和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化，分析了改進(jìn)算法在白高斯噪聲信道中的性能。通過仿真實(shí)驗(yàn)可知，在出現(xiàn)碼間干擾的情況下，即使信噪比比較高，改進(jìn)算法的性能仍下降得很快。 4．提出了基于最大似然估計(jì)的加權(quán)估計(jì)算法雖然基于時(shí)域?qū)ьl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(jì)；而最大似然估計(jì)算法卻能利用導(dǎo)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(dǎo)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(jì)效果并不是很好；鑒于此，本文在最大似然估計(jì)算法的基礎(chǔ)上提出了適合于多徑衰落信道下的加權(quán)估計(jì)算法，這種算法通過使頻偏估計(jì)的方差最小的方法來確定加權(quán)因子。算法中聯(lián)合不同OFDM符號中的導(dǎo)頻因子進(jìn)行頻偏估計(jì)，以此來減少多徑衰落信道的影響，通過計(jì)算機(jī)的