OFDM信号识别和解调关键技术研究

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随着人们对于信息需求的不断提高,无线通信业务的种类日益增多,这也为无线通信领域的发展带来了新的问题。 一方面,必须有效利用宝贵的频率资源,满足不断出现的高速大容量业务需求;同时克服无线信道的多径衰落和干扰,提高传输性能。正交频分复用(OFDM)技术在众多通信新技术中显示出优越的性能,它不但可以提高频谱利用率,还可以克服无线信道中的多径衰落,因此将成为未来通信领域的关键技术之一。但OFDM技术也存在一些技术难点,比较突出的是它对于信号同步要求很高,如果不能很好的估计并校正同步偏差,OFDM系统的性能将明显降低。 另一方面,由于多种无线通信标准并存,不同标准采用不同的信号调制方式和参数,从而产生了很多需要信号识别的应用领域,例如自适应调制、软件无线电、军事通信对抗和频谱监测管理等。因此,信号识别技术成为一个急需解决的问题。目前的信号识别技术中,对于单载波信号识别的研究成果很多;但对于越来越广泛应用的OFDM技术,由于信号特征不易提取,所以OFDM调制类型盲识别和参数盲估计的方法很少,对于信道状态复杂的无线多径信道,目前的研究成果更是极少。 针对以上两个领域存在的问题,本文重点研究了OFDM调制类型盲识别、OFDM参数盲估计、OFDM信号同步和相位校正等关键技术,还初步研究了OFDM信道估计和均衡技术。通过本文的工作,建立了一个从OFDM调制类型盲识别和参数盲估计到OFDM解调的系统,并提出了一些具有创新性的算法,以解决问题或提高系统性能。 l、为了解决无线多径信道中的OFDM调制类型盲识别问题,基于高阶累计量理论,提出了一种多径信道中OFDM信号和单载波信号(如PSK和QAM)的类识别算法。该算法无需任何信号先验信息,可以在多径信道中精确实现OFDM调制类型盲识别。 2、为了解决无线多径信道中OFDM时域参数盲估计问题,基于OFDM信号的循环平稳特性,提出了两个特殊的相关算法,无需任何先验信息,可以精确估计出OFDM时域参数,包括符号总时间长度、有用数据时间长度和保护间隔时间长度。该算法不受频偏和相偏影响,在多径和低信噪比条件下仍然可以得到很好的性能。 3、为了解决OFDM带宽参数精估计问题,基于小波分析方法可以提取信号细节的特性,提出一种以小波分解为核心的OFDM带宽参数精估计方法,依次使用了小波分解、信号重构,移动相关运算和统计直方图的知识,无需任何先验信息,可以精确估计出OFDM的带宽参数。该方法在多径和低信噪比条件下仍然可以得到很好的性能,还可以推广用于其它信号的带宽精估计。 4、在DVB-T OFDM系统中,通过分析全导频分布图样的特征,分别提出本地全导频序列互相关的整偏估计算法和接收全导频自相关的细小偏估计算法,比传统算法的估计精度更高,并且省去了符号类型检测模块;其次,提出了一种频域小环整偏校正结构,比传统的反馈到时域的OFDM整偏校正结构的收敛速度更快。最后还分析验证了算法在单频网(SFN)中具有更高的实用价值。 5、基于OFDM信号的自相关性,提出了一种时域盲符号定时算法,通过检测OFDM信号中部分循环前缀的相关结果进行符号粗定时。相对于传统的最大似然(ML)算法,提出的部分检测相关(PMC)算法可省去保护间隔检测模块,减少相关运算次数,使系统复杂度降低,并且在多径信道中性能明显优于传统的ML算法;其次,在DVB—TOFDM系统中,提出了一种基于本地全导频间隔矩阵的细符号误差跟踪算法,比传统算法的估计精度更高,误差估计范围更大。 6、在DVB-T OFDM系统中,基于符号中全导频的周期性,改进提出了一种全导频采样钟误差估计算法,比传统的采样钟误差估计算法的精度更高。 7、以DVB-T系统为模型,提出一种OFDM公共相位误差(CPE)消除方法,在频率同步和信道均衡两级级连完成CPE校正,既保证了系统中信道均衡的正确进行,又保证了CPE校正的精度,非常适合OFDM系统应用;其次,基于全导频分布图样的特征和周期性,提出了基于全导频的部分CPE估计算法和剩余CPE估计算法,全导频CPE估计算法的估计精度明显优于传统算法。 8、最后,初步探讨了OFDM信道估计和均衡技术,分析了无线信道特性,介绍了OFDM技术中的信道估计方法,主要研究了DVB-T和IEEE802.11a系统中基于辅助数据的非盲信道估计算法,并分析、比较了不同算法的性能。
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