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1、山东大学 硕士学位论文 正交频分复用系统仿真平台与同步技术研究 姓名：杨星海 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：高振明 20030505 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着移动通信的迅猛发展，人们对移动通信的要求也逐渐从一代、二代的简 单的语音通信业务( 二代可以提供低速率的数据业务) ，逐渐向图像、高速率数 据等多媒体业务过渡。在三代中已经可以提供静止2 M b p s 数据的能力，而在三代 以后移动通信系统预计系统速率可达到2 0 M b p s ，甚至更高，对于传统的单载波 技术来说，如此高的速率使符号长度大大缩短，在无线信道中就会造成严重的 I S I 问题，要均衡
2、信道的影响，就要使用复杂的均衡器。而基于多载波技术的 O F D M 技术凭借着其天生的克服I S I 的性能和良好的抗多径能力，已经引起了人 们的广泛关注。然而O F D M 技术也存在着一些缺点，如容易受频率偏移影响而 造成的I C I 问题、符号同步问题、较大的峰值平均功率比( P A P R ) 等，这些问 题制约着其在移动无线信道中的应用，现在人们对O F D M 所进行的研究也主要 集中在这些领域。 本文首先介绍了O F D M 技术背景、移动信道的信道模型和移动通信的发展 现状，然后着重对O F D M 技术的基本理论知识、基本系统模型和保护间隔循环 前缀等相关的理论进行分析，并
3、介绍了O F D M 技术的发展现状和技术优缺点。 在用M A T L A B 搭建的系统仿真平台上对O F D M 系统的抗多径能力，抗高斯白噪 声能力，抗同步错误的能力，以及由较高的P A P R 而导致的信号畸变所引起的误 码率的情况，进行了仿真，比较了几种子载波的调制方式( 主要比较了P S K ，Q P S K ， 以及1 6 P S K ) 在各种信道环境下的性能表现，并根据仿真结果估计了D S P 实现 的计算复杂度。同步问题是O F D M 技术中的一个比较关键的问题，本文分别对 O F D M 系统当中的定时同步和频率同步问题进行了分析，然后结合当前的一些 同步技术进行了研究
4、，包括利用循环前缀相关性的最大似然估计算法和基于训练 帧的S C A 算法等，给出了仿真结果并进行了比较。最后，本文给出了一种基于 捕获、跟踪的同步方案进行系统的定时同步，仿真结果表明这一方案具有较好的 同步性能。 由于时间和其他客观条件的限制，本文搭建的仿真平台还不是很完善，还有 一些同步算法，信道估计算法的仿真还没有实现，组建C O F D M 系统的纠错码部 分还有待在后续工作中完成。另外同步问题中的定时同步和频率同步是相互影响 I 山东大学硕士学位论文 的后续工作中最好能同时考察频偏同步算法和定时同步算法来研究各种同步算 法得性能。 关键字：无线通信、多载波调制、正交频分复用、信道间干
5、扰、峰值平均功 率比、仿真技术，同步算法 山东大学硕士学位论文 A B S T R A C T W i t ht h eg r e a ti n c r e m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，p e o p l e Sd e s i r ef o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n sh a s c h a n g e d f r o m s i m p l e v o i c ec o m m u n i c a t i o n ss e r v i c ew h i c h b e l
6、o n g st o t h ef i r s ta n ds e c o n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ( i nt h e s e c o n dg e n e r a t i o n ，l o ws p e e dd a t ar a t es e r v i c ea r ea v a i l a b l e ) ，t oi m a g e ，h i 曲s p e e d d a t ac o m m u n i c a t i o n s ，I nt h et h i r
7、 dg e n e r a t i o n ，2 M b p sd a t ar a t es e r v i c ec a nb e p r o v i d e d A sf a ra st h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m sb e y o n dt h e t h i r d g e n e r a t i o n a r e c o n c e m e d ，t h es p e e dc a nb e2 0 M b p s ，o re v e nh i g h e r T ot h et r a d i t i o
8、 n a ls i n g l ec a r r i e r t e c h n i q u e ，s u c hah i g hs p e e dm a k e ss y m b o ll e n g t hg r e a t l ys h o r t e n e d A sar e s u h ， s e r i o u sI S Ip r o b l e mt u r n so u t ，a n di no r d e rt oc o m p e n s a t et h ei n f l u e n c eo fc h a n n e l s ， c o m p l i c a t e
9、 de q u a l i z e r sa r er e q u i r e d O F D Mt e c h n i q u e ，w h i c hi sb a s e do n m u l t i c a r r i e r t e c h n i q u e ，h a sa t t r a c t e dp e o p l e Sa t t e n t i o ni nt h i sf i e l df o ri t Sb e t t e rp e r f o r m a n c eo f c o n q u e r i n gI S Ia n dm u l t i p a t hf
10、 a d i n g H o w e v e rt h e r ea r ea l s os o m es h o r t c o m i n g so f O F D M t e c h n i q u es u c ha ss e v e r eI C Ic a u s e db yf r e q u e n c yo f f s e t ，s y n c h r o n i z a t i o no f t h es y m b o l s ，a n dt h ep r o b l e mo f h i g hP A P R ，w h i c h r e s t r i c tt h e
11、a p p l i c a t i o n so fO F D M t e c h n i q u e i nm o b i l ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n R e c e n t l y t h ef o c u s e so fp e o p l e S r e s e a r c ha r ea l s oi nt h e s ef i e l d s I nt h i st h e s i sw ef i r s t i n t r o d u c et h em o b i l ec h a n n e lm o d e l
12、，t h et e c h n i c a l b a c k g r o u n do fO F D M a n da l s ot h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n I nt h e f o l l o w i n g ，w ef o c u s o nt h et h e o r yo fO F D Mt e c h n o l o g ya n da n a l y z et h es y s t e m m o d e la n dt h et h e o r yo fg u a r dp
13、e r i o d W ea l s os u m m a r i z et h ec u r r e n ts i t u a t i o no f O F D Ma n di t sa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s W es i m u l a t et h ea b i l i t yo fO F D M t o r e s i s tt h em u l t i p a t hf a d i n g ，A W G Nn o i s e ，t h ee r r o ro fs y n c h r o n i z a t i
14、 o na n da l s oi t s a b i l i t yt or e d u c et h ec o d e e r r o rr a t et h a ti sc a u s e db ys i g n a lc l i p p i n gi nt h ec o n d i t i o n o fh i g hP A P R B a s e do nt h ea b o v ew o r k ，w ec o m p a r e t h ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c e so f s o m es u b c a r r i e rm
15、 o d u l a t i o ns c h e m e s ，s u c h 硒P S K ，Q P S K m a d16 P S K A c c o r d i n gt O o u rc o m p u t e rs i m u l a t i o n ，w ee v a l u a t et h ec o m p l e x i t yo fr e a l i z i n gO F D Mt e c h n i q u e w i t hD S ES y n c h r o n i z a t i o ni sa l s oo n eo f t h ek e y p r o b l
16、 e m si nO F D M ，S O w ea n a l y z e 3 山东人学硕士学位论文 t h ep r o b l e mo ft h n i n g s y n c h r o n i z a t i o na n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n C o m b i n i n g t h e s ew i t hc u r r e n ts y n c h r o n i z a t i o nt e c h n i q u e ，s u c ha sM L a l g o r i t h mu s i n gt h ec y c l i c p r e f i xa n dS C Aa l g o r i t h mb a s e do nt r a i n i n gf l a m e ，w eg i v et h er e s u l t so fc o m p u t e r s i m u l a t i o na n ds h o wt h ed
