[碩士論文精品]基于ieee80211a的ofdm傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)算法研究與fpga實(shí)現(xiàn)

浙江大學(xué)碩十論文摘要作為項(xiàng)正在興起的無(wú)線應(yīng)用服務(wù)，無(wú)線局域網(wǎng)己在機(jī)場(chǎng)、校園、會(huì)議室、甚至在家庭都有所應(yīng)用它正叩開(kāi)高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場(chǎng)的大門(mén)。目前無(wú)線局域網(wǎng)仍處于眾多標(biāo)準(zhǔn)共存時(shí)期。每標(biāo)準(zhǔn)的背后都有大公司或者大集團(tuán)的支持。在眾多無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議中IEEE802ALA協(xié)議是很有特色的一個(gè)，它的優(yōu)勢(shì)在于采用了正交頻分復(fù)用OFDM力式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，該技術(shù)可幫助提高速度和改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量，并可克服干擾因此得到眾多關(guān)注為了讓這種高速的局域網(wǎng)真正應(yīng)用到實(shí)際中，我們的項(xiàng)目就是要在硬件上實(shí)現(xiàn)基于IEEE802LLA協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，而本文的主要I作就是用FPGA實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)接收機(jī)。內(nèi)接收機(jī)主要包括同步估汁和信道估汁。但是口前OFDM系統(tǒng)中包括同步、信道編碼、信道估計(jì)、用戶檢測(cè)、降低峰均比等一些關(guān)鍵技術(shù)在具休實(shí)現(xiàn)上還存在著一些困難。許多文獻(xiàn)對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)基木停留在理論上的討論，與具體的實(shí)現(xiàn)還存在很大的差距。因此本義通過(guò)研究同步和信道估計(jì)的多種算法的性能和其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，提出一種適合在工EEES02A比協(xié)議環(huán)境下的同步算法和信道估計(jì)，用FPGA加以實(shí)現(xiàn)。首先本文總結(jié)R目前OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的算法在此基礎(chǔ)上詳細(xì)的討論了基于工EEE80211A協(xié)議的OFDM系統(tǒng)7以采用的信道估計(jì)方法1提出I借助訓(xùn)練序列的1S估計(jì)法和LSAVERAGE估計(jì)法，分別在AWGN信道和多徑信道對(duì)這兩種方法進(jìn)行了比較，證明無(wú)論在哪種信道環(huán)境下后者性能都要好于前者。為了能夠進(jìn)一步提高信道估計(jì)器的性能，在IS一二二AGE算法的基礎(chǔ)上提出了消噪算法ARA2提出了借助導(dǎo)頻的DF丁插值算法其次本文總結(jié)了月前OFD系統(tǒng)同步的算法。OFDM系統(tǒng)同步包括定時(shí)同步和載波同步，其1,定時(shí)同步又分為符號(hào)同步和抽樣同步。本文主要是研究定時(shí)同步，而載波同步只是簡(jiǎn)單的討論，因?yàn)樵谶@項(xiàng)目，這是另有負(fù)責(zé)人。本文針對(duì)基于IEFE8021LATJPBA的OFDM系統(tǒng)把定時(shí)同步分為粗定時(shí)同步和細(xì)定時(shí)同步。然后分別對(duì)粗定時(shí)同步和細(xì)定時(shí)同步進(jìn)行了詳細(xì)的討論。其中對(duì)粗定時(shí)同步的方法有利用短訓(xùn)練序列和利用循環(huán)前綴，并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了比較。對(duì)細(xì)定時(shí)同步是利用導(dǎo)頻來(lái)跟蹤最后根據(jù)前而兩章提出的算法所分析的結(jié)果，以及突發(fā)OFDM系統(tǒng)的信號(hào)和信道特征，選取了其中一種信道估計(jì)算法和定時(shí)同步算法，結(jié)合合作伙伴所提出的載波同步算法一起用FPGA實(shí)現(xiàn)整個(gè)基于工EEE80211A協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的內(nèi)接收機(jī)，并分別測(cè)試了各個(gè)模塊的性能以及綜合模塊的性能【關(guān)鍵詞I無(wú)線局域網(wǎng)，正交頒分復(fù)用，載被同步，定時(shí)同步，信道估計(jì)，內(nèi)接收機(jī)浙別大學(xué)碩士論文ABSTRACTASARISINGWIRELESSAPPLICATIONSERVICE,WIRELESSLANISIMPLEMENTINGINMANYAREASSUCHASSCHOOL,AIRSTATION,CONFERENCEROOM,EVENHOME,ACCELERATINGHIGHSPEEDWIRELESSDATASERVICEMARKETGROWINGINCURRENT,THEREAREALOTOFWIRELESSLANSTANDARDSWHICHARESUPPORTEDBYSOMEBIGCOMPANIESIEEE802IFAISUNDOUBTEDLYAVERYSPECIALSTANDARDAMONGTHESEWIRELESSLANSTANDARDSITSALARGEADVANTAGETHATITTRANSMITSDATATHROUGHOFDMWHICHCANHELPINCREASETRANSMISSIONRATE,IMPROVESIGNALQUALITYANDHASMUCHROBUSTNESSOFMULTIPATHFADINGSOMANYPEOPLEPAYMOREATTENTIONTOITINORDERTOAPPLYTHISHIGNSPEEDWIRELESSLANINTOREALLIFE,WEGIVETHEPRIMARYIMPLEMENTATIONOFTHETRANSMITTERANDTHERECEIVEROFOFDMSYSTERMBASEDONIEEE8021IAINOURPROJECT，ANDTHEIMPORTANTWORKOFTHISTHESISISTOIMPLEMENTTHEINNERRECEIVERTHEINNERRECEIVERINCLUDETWOPARTSSYNCHRONIZATIONANDCHANNELESTIMATIONHOWEVER,THEREARESOMEDIFFICULTIESONSOMEKEYTECHNIQUESIMPLEMENTATIONFOROFDMSYSTEM,INCLUDINGSYNCHRONIZATION,CHANNELCODING,CHANNELESTIMATION,USERDETECTION,REDUCINGPARMANYSTUDIESSTILLTALKABOUTTHESETECHNIQUESINTHEROYSOTHISTHESISSTUDIESMANYALGORITHMFORCHANNELESTIMATIONANDSYNCHRONIZATION,ANDPRESENTSAFPGAREALIZABLEALGORITHMFORCHANNELESTIMATIONANDSYNCHRONIZATIONINOFDMSYSTERMBASEDONIEEE8021LAFIRSTLY,THISTHESISSUMMARIZESPRESENTALGORITHMSFORCHANNELESTIMATIONANDSTUDIESDETAILEDLYTHEALGORITHMSFORCHANNELESTIMATIONWHICHMAYBEFITFORTHEOFDMSYSTERMBASEDONIEEE802ILA1THISTHESISPRESENTSTHELSALGORITHMANDTHELSAVERAGEALGORITHMBY10SHORTTRAININGSYMBOLS,ANDMAKESACOMPARISIONABOUTTHEIRPERFORMANCEONAWGNCHANNELANDMUTICHANNEL,PROVESTHELATTERISBETTERTHANTHEFORMERINORDERTOIMPROVETHEPERFORMANCE,THISTHESISPRESENTSULTERIORLYTHENRANOISEREMOVEDALGORITHMBASEDONTHELSAVERAGEALGORITHM2THISTHESISPRESENTSDFTINTE甲OLATIONALGORITHMAIDEDBYPILOTSSECONDLYTHISTHESISSUMMARIZESPRESENTALGORITHMSFORSYNCHRONIZATIONSYNCHRONIZATIONOFOFDMINCLUDETIMINGSYNCHRONIZATIONANDCARRIERSYNCHRONIZATION,ANDTIMINGSYNCHRONIZATIONALSOINCLUDESYMBOLSYNCHRONIZATIONANDCLOCKSYNCHRONIZATIONTHEMOSTIMPORTANTTASKINTHISTHESISISTOSTUDYTIMINGSYNCHRONIZATIONANDSIMPLYDISCUSSIONABOUTCARRIERSYNCHRONIZATIONTIMINGSYNCHRONIZATIONISDIVIDEDTOCOARSETIMINGSYNCHRONIZATIONANDFINETIMINGSYNCHRONIZATIONCOARSETIMINGSYNCHRONIZATIONISAIDEDBYTHESHORTTRAININGSYMBOLANDCP,ANDFINETIMINGSYNCHRONIZATIONISAIDEDBYPILOTSLASTLY,THISTHESISSORTOUTONETIMINGSYNCHRONIZATIONANDCHANNELESTIMATIONALGORITHMWHICHCANBEFPGAREALIZABLECOMPLYINGWITHCARRIERSYNCHRONIZATIONPRESENTEDBYTHEASSOCIATE,THEINNERRECEIVEROFOFDMISIMPLEMENTEDKEYWORDSWIRELESSLAN,OFDM,CARRIERSYNCHRONIZATION,TIMINGSYNCHRONIZATION,CHANNELESTIMATION,THEINNERRECEIVER浙江人學(xué)碩士論文第一章緒論作為一項(xiàng)正在興起的無(wú)線應(yīng)用服務(wù)，無(wú)線局域網(wǎng)己在機(jī)場(chǎng)、校園、會(huì)議室、甚至在家庭都有所應(yīng)用，它正叩開(kāi)高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場(chǎng)的大門(mén)。無(wú)線局域網(wǎng)市場(chǎng)已引起國(guó)內(nèi)咨詢機(jī)構(gòu)的關(guān)注，最近的研究成果認(rèn)為，未來(lái)一兩年，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商將掀起無(wú)線局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用熱潮。目前，無(wú)線局域網(wǎng)仍處于眾多標(biāo)準(zhǔn)共存時(shí)期。每一標(biāo)準(zhǔn)的背后都有大公司或者大集團(tuán)的支持?，F(xiàn)在，沒(méi)有人能夠解決無(wú)線互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，主要是因?yàn)樾袠I(yè)發(fā)展太快而標(biāo)準(zhǔn)跟不上，造成標(biāo)準(zhǔn)“百花齊放”。另外值得一提的是，目前在中國(guó)大陸市場(chǎng)，I,推得比較成功的無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品，如CISC。和3COM的產(chǎn)品，均是支持IEEE8D2LLB協(xié)議。在世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)上和在APEC會(huì)議期間，工EEE802116都有成功的運(yùn)用，這對(duì)于工EEE802AI系列協(xié)議成為中國(guó)的主流無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)將有著重要的影響。IEEE802LLA是IEEE80211協(xié)議族中另一個(gè)高速的標(biāo)準(zhǔn)版本，它的優(yōu)勢(shì)在于采用了正交頻分復(fù)用OFDM方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，該技術(shù)可幫助提高數(shù)據(jù)傳輸速率和改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量，并可克服干擾。正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)是一種很有前途的克服多徑千擾的傳輸手段。它利用許多并行的、低數(shù)據(jù)速率的子載波來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高數(shù)據(jù)速率的通信。由于每個(gè)子載波的速率比較低，則其碼元的周期相對(duì)較長(zhǎng)，再加上每個(gè)碼元又采用了循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，所以符號(hào)間干擾便可得到明顯減少，甚至完全消除。但是OFDM系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)在具體實(shí)現(xiàn)上還有1些困難，其中主要包括定時(shí)同步、信道編碼、信道估計(jì)、用戶檢測(cè)、降低峰均比等。在這些關(guān)鍵技術(shù)中定時(shí)同步技術(shù)對(duì)于OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)又顯得尤為重要，它的好壞直接影響該系統(tǒng)的性能。原因是OFDM系統(tǒng)將高速率的數(shù)據(jù)分配到許多并行的、低數(shù)據(jù)速率的子載波上傳輸，這些子載波是相互正交的可以很好的抵抗由于多徑傳輸帶來(lái)的千擾，但定時(shí)同步的誤差將破壞子載波的正交性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的急劇惡化。本文在本實(shí)驗(yàn)室多載波調(diào)制理論和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，著重研究在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中定時(shí)同步的各種算法與實(shí)現(xiàn)，提出了適合在IEEE80211A協(xié)議環(huán)境下的定時(shí)同步算法，加以實(shí)現(xiàn)并研究其性能。木章首先簡(jiǎn)單介紹了無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展以及各種無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)。接著介紹了IEEE802ILA采用的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的演進(jìn)和應(yīng)用以及原理，然后討論了IEEE8D2LLA采用的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后介紹了本論文所研究的主要問(wèn)題以及針對(duì)研究問(wèn)題所給出的解決方案。11無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展無(wú)線局域網(wǎng)是2。世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它提供了使用無(wú)線多址信道的種有效方法來(lái)支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化、個(gè)人化和多媒體應(yīng)用提供了潛在的手段。世界上第一個(gè)試驗(yàn)性無(wú)線局域網(wǎng)是1987年建立的，隨后在醫(yī)療、零售、機(jī)場(chǎng)等地方，都出現(xiàn)了無(wú)線局域網(wǎng)，在很多環(huán)境下，例如校園或者企業(yè)內(nèi)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)作為己存在的有線網(wǎng)絡(luò)的最終連接方式的一個(gè)補(bǔ)充，幫助一些計(jì)算機(jī)客戶端通過(guò)無(wú)線手段訪問(wèn)大樓以外或者遠(yuǎn)在校園內(nèi)某處的豐富資源。進(jìn)入90年代以來(lái)，隨著個(gè)人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，功能強(qiáng)大浙江大學(xué)碩士論文的便攜式數(shù)據(jù)終端以及多媒體終端的廣泛應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目標(biāo)，要求傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由有線向無(wú)線，由固定向移動(dòng)，由單一業(yè)務(wù)向多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展，更進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展。隨著無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，各廠商的無(wú)線局域網(wǎng)能互聯(lián)互通的要求也越來(lái)越迫切，于是199。年11月成立了工EEE80211委員會(huì)，著手制定無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并于1997年6月制定出全球第一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802A1。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)被提出之后己經(jīng)有不同的廠商和規(guī)范化組織提出了多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有工EEE80211家族、HOMERFHYPERLAN2和藍(lán)牙技術(shù)等它們各有特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同上IEEE80211是第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一。該標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問(wèn)控制MAC規(guī)范，允許無(wú)線局域網(wǎng)及無(wú)線設(shè)備制造商建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。目前它已有兩個(gè)高速的標(biāo)準(zhǔn)版本8021LB和80211A，其主要差別在媒體訪問(wèn)控制MAC子層和物理層。80211B是目前無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)，在24GHZ頻率下提供IIMBIT/S的數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于100150米無(wú)障礙的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)80211A在5GHZ頻率提供56MBITLS速率，可支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，它在提高速度和改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量，并克服干擾方面有很大的優(yōu)勢(shì)。高性能局域網(wǎng)HIPERLAN2是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)ETSI制定的目前最為完善的無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議。它的特點(diǎn)是高速傳輸、面向連接、支持QOS、自動(dòng)頻率配置、支持小區(qū)切換、安全保密、網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用無(wú)關(guān)。HIPERLAN2標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)目前無(wú)線接入系統(tǒng)的補(bǔ)充，與其他蜂窩系統(tǒng)比較，它的戶外移動(dòng)性雖然受到限制，但適用面廣，可在典型的應(yīng)用環(huán)境如辦公室、家庭、機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站等熱點(diǎn)地區(qū)，向終端用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸。HOMERF技術(shù)是為了滿足家庭用戶獨(dú)特網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，適用于小公司或家庭組建小無(wú)線局域網(wǎng)，有人稱之為無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)WPANHOMERF有效工作區(qū)域在150英尺的范圍內(nèi)，工作頻率為24GHZ，支持高質(zhì)量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。山于技術(shù)定位的局限，HOMERF不能成為目前無(wú)線局域網(wǎng)的主流，而只能處于補(bǔ)充的地位，藍(lán)牙技術(shù)其實(shí)嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)該技術(shù)并不算一種WLAN技術(shù)，它面向的是移動(dòng)設(shè)備間的小范圍連接，因而本質(zhì)上說(shuō)它是種代替線纜的技術(shù)。,臼可以用來(lái)在較短距離內(nèi)取代目前多種線纜連接方案，并且克服了紅外技術(shù)的缺陷可穿透墻壁等障礙，通過(guò)統(tǒng)一的短距離無(wú)線鏈路，在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。但對(duì)藍(lán)牙產(chǎn)品的全面測(cè)試包括硬件和軟件測(cè)試問(wèn)題還沒(méi)有解決，加上很關(guān)鍵的藍(lán)牙芯片價(jià)格貴等問(wèn)題。藍(lán)牙產(chǎn)品要實(shí)用化，還有待測(cè)試等問(wèn)題得到解決。在眾多無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)中IEEE8021IA無(wú)疑是一個(gè)研究熱點(diǎn)，盡管80211A和802116產(chǎn)品非常相似，但是80211A采用了正交頻分復(fù)用OFDM方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，代替了80211B的直接序列擴(kuò)頻DSSS?？梢栽谡麄€(gè)覆蓋范圍內(nèi)提供了更高的速度和更好的信號(hào)質(zhì)量，根據(jù)選用的信道編碼速率和調(diào)制方式的不同組合，信息數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)6一一54MBITLS，比任何其他WLAN解決方案都更快。另外80211A工作在5GHZ頻帶，該頻帶的使用者較少，因此，干涉和信號(hào)爭(zhēng)用情況也較少80211A是最可靠、最有效的方法，可以滿足高帶寬應(yīng)用支持大量用戶的需要。隨著應(yīng)用的發(fā)展802LLB會(huì)不能滿足其需要，最終802ILA將得到廣泛采用。浙江大學(xué)碩士論文12正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的演進(jìn)與應(yīng)用正交頻分復(fù)用OFDM可以看成是一種特殊的頻分復(fù)用FREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING,FDM。對(duì)于FDM技術(shù)的使用可以追溯到一個(gè)世紀(jì)前。那時(shí)，許多低速率信號(hào)，例如電報(bào)，即是使用小同載波頻率，在同一個(gè)寬帶信道中進(jìn)行并行傳輸?shù)?。但是，為了在接收端能使用較容易實(shí)現(xiàn)的濾波器來(lái)分離這些信號(hào)，傳統(tǒng)多載波系統(tǒng)，各載波頻率要分隔的足夠遠(yuǎn)，并且要采用保護(hù)頻帶來(lái)使各載波信號(hào)頻譜互不重疊，所以它的系統(tǒng)頻譜效率很低。此外，傳統(tǒng)多載波傳輸方式復(fù)雜性也很高，因?yàn)楦鬏d波都需要自己的模擬前端。盡管傳統(tǒng)多載波系統(tǒng)有這些缺點(diǎn)，但在當(dāng)時(shí)，人們就己經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種并行傳輸方式可有效地減少由于信道時(shí)延擴(kuò)展引起的符號(hào)間干擾問(wèn)題。這時(shí)因?yàn)楦鬏d波速率低，則信號(hào)碼元周期就長(zhǎng)，并可遠(yuǎn)大于信道的最大附加延時(shí)，這樣ISI帶來(lái)的影響就可減小。在均衡器沒(méi)有被使用前，這種并行傳輸技術(shù)就被用來(lái)在時(shí)間色散信道中實(shí)現(xiàn)高速率通信。最早實(shí)現(xiàn)高頻譜效率的多載波通信系統(tǒng)的是五十年代的KINEPLEX系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是在有嚴(yán)重多徑衰落效應(yīng)的高頻無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。它有20個(gè)子載波，各載波上使用差分QPSK調(diào)制方式。與現(xiàn)代的OFDM系統(tǒng)一樣，其相鄰兩個(gè)子載波之間的間隔近似等于各子載波上的符號(hào)率，這樣就可保證各子載波的頻譜即使是重疊的，但它們是正交的，在接收端可互不干擾地對(duì)各子載波進(jìn)行解調(diào)。由于頻譜允許，其頻譜效率可大幅提高，但該系統(tǒng)仍使用傳統(tǒng)的多載波系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。為了減小多載波系統(tǒng)的復(fù)雜度，WEINSTEIN和EBERT提出使用離散傅立葉變換DFT來(lái)完成多載波基帶的調(diào)制和解調(diào)21。這樣就可以用一個(gè)模擬前端來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中各子載波分別需要的多個(gè)模擬前端，并且DFT可以用快速傅立葉變換FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度。另外這個(gè)系統(tǒng)在各符號(hào)間采用一段空白時(shí)隙作為保護(hù)間隔來(lái)消除ISI。但是用這種力法，在信號(hào)經(jīng)過(guò)色散信道后，各載波將不再正交。針對(duì)上述問(wèn)題，又提出采用循環(huán)前綴CP而不是空自時(shí)隙作為保護(hù)間隔，來(lái)保證各載波信號(hào)在經(jīng)過(guò)色散信道后仍保持正交。這樣，現(xiàn)在我們使用的FDM系統(tǒng)概念便形成了。另外值得一提的是CIMINI將這種OFDM概念用到蜂窩移動(dòng)無(wú)線通信中來(lái)，為當(dāng)代無(wú)線OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)展莫定了基礎(chǔ)自從80年代以來(lái)，OFDM己經(jīng)在數(shù)字音頻廣播DAB、數(shù)字視頻廣播DVB、基于IEEE80211標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線本地局域網(wǎng)RAN以及有線電話網(wǎng)上基于現(xiàn)有銅雙絞線的非對(duì)稱高比特率數(shù)字用戶線技術(shù)例如ADSL中得到了應(yīng)用31其中大都利用了。FDM可以有效地消除信號(hào)多徑傳播所造成符號(hào)間干擾ISI的這一特征。DAB是在AM和FM等模擬廣播基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其可以提供與CD相媲美的音質(zhì)，以及其它的新型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1995年，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI制定了DAB標(biāo)準(zhǔn)，這是第一個(gè)使用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)。接著在1997年，基于OFDM的DVB標(biāo)準(zhǔn)中也開(kāi)始投入使用。在ADSL應(yīng)用，OFDM被典型地當(dāng)做離散多音調(diào)制DMTMODULATION，成功地用于有線環(huán)境中，可以在工MHZ帶寬內(nèi)提供高達(dá)8MBPS的數(shù)據(jù)傳輸速率。1998年7月，經(jīng)過(guò)多次的修改之后，IEEE80211標(biāo)準(zhǔn)組決定選擇OFDM做為WLAN工作于5GHZ波段的物理層接入方案，目標(biāo)是提供6MBPS到54MBPS數(shù)據(jù)速率，這是OFDM第一次被用于分組業(yè)務(wù)通信當(dāng)中而且此后，ETSI,BRAN以及、NAC也紛紛采用DFDM做為其物理層的標(biāo)準(zhǔn)。此外，DFDM還易于結(jié)合空時(shí)編碼、分集、干擾包括IS工和工CI抑制以及智能天線等技術(shù)，最大程度地提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃?。如果再結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)編碼以及動(dòng)態(tài)子載波分配、動(dòng)態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能進(jìn)一步得到優(yōu)化。浙江人學(xué)碩士論文130FDM原理OFDM的思想是把一個(gè)高速的數(shù)據(jù)流分解成許多低速率的子數(shù)據(jù)流，以并行的方式在多個(gè)子信道上傳輸。這樣在每一個(gè)子載波上的符號(hào)持續(xù)時(shí)問(wèn)都比信號(hào)通過(guò)信道最大延遲長(zhǎng)，從而可以比較容易的消除ISI的影響”。J。設(shè)一個(gè)OFDM信號(hào)由頻率間隔為，的個(gè)子載波構(gòu)成，這樣系統(tǒng)的總帶寬曰被分為個(gè)等間距的子載波所有子載波在一個(gè)間隔長(zhǎng)度為R1，的時(shí)間內(nèi)相互正交。我們可以看到，利用OFDM技術(shù)傳輸?shù)臅r(shí)候，每個(gè)子載波上的符號(hào)持續(xù)時(shí)L、日J(rèn)為CL，V，而利用單載波傳輸要達(dá)到相同的傳輸速率，則一個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)該為T(mén)LB1U，這樣利用OFDM傳輸技術(shù)與利用單載波傳輸相比，前者的符號(hào)持續(xù)時(shí)間是后者的倍，在每個(gè)子載波上傳輸?shù)男盘?hào)都是窄帶信號(hào)。這樣，當(dāng)信道的最大延遲對(duì)單載波傳輸符號(hào)產(chǎn)生較大的影響而需要使用時(shí)域均衡器的時(shí)候，利用OFDM技術(shù)傳輸，只要子載波個(gè)數(shù)的選取使得子帶帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，則在于帶內(nèi)可以認(rèn)為是平坦衰落，從而可以以子帶為單位進(jìn)行頻域均衡處理。第K個(gè)子載波信號(hào)可以用函數(shù)GF，女L，一L來(lái)描述五班信赭列再在子載波信號(hào)G。F上加上一個(gè)長(zhǎng)度為毛的循環(huán)前綴保護(hù)間隔得到如下信號(hào)瓣慌翟赫列Z，保護(hù)間隔的作用是避免多徑信道上產(chǎn)生的ISI，如果設(shè)計(jì)的保護(hù)問(wèn)隔比無(wú)線信道晟大延遲還大，那么就不會(huì)產(chǎn)生ISI也不影響子載波的正交性。儀僅在保護(hù)間隔內(nèi)才出現(xiàn)與先前已傳信息的干擾，在進(jìn)行估算的間隔內(nèi)，多經(jīng)信道僅儀改變子載波信號(hào)的幅度和相位。圖1L利用保護(hù)間隔消除多徑影響的示意圖如圖1L所示T當(dāng)信道的晟大延遲長(zhǎng)度T。小于保護(hù)間隔的長(zhǎng)度時(shí)，就可以選取。個(gè)適當(dāng)?shù)腇FT窗口的起始位置，使得由于多徑產(chǎn)生的JSI不會(huì)影響數(shù)據(jù)的解調(diào)。每個(gè)子載波可以由復(fù)調(diào)制符號(hào)鼠。獨(dú)立凋制，在這里下標(biāo)N表示OFDM符號(hào)的序號(hào)，而女8浙江大學(xué)碩士論文表示子載波在該OFDM組的序號(hào)。岡而在符號(hào)持續(xù)的時(shí)間T內(nèi)，第片個(gè)OFDM紐可以表示為Z去枷G卜NR1_3則由所有OFDM組構(gòu)成的時(shí)間連續(xù)信號(hào)是SF去邑枷G卜N丁14VVN00這里R每個(gè)子載波都使用矩形脈沖進(jìn)行成形，每個(gè)子載波的頻譜是SINC函數(shù)。困12疊加的正雯鼓波圖12是疊加的正交子載波示意圖，在每個(gè)子載波的采樣點(diǎn)上，其它子載波的值都是0。在實(shí)際應(yīng)用H需要產(chǎn)生離散的OFDM信號(hào)，而OFDM系統(tǒng)的帶寬是占N，所以信號(hào)的抽樣時(shí)間問(wèn)隔必須小于等于ATIB1，這里采用AT為抽樣間隔。經(jīng)過(guò)抽樣后的信號(hào)可以寫(xiě)成I一晶，7號(hào)最，EJ2MKLN，F(xiàn)_O，1，一115VJKO這個(gè)等式實(shí)際上就是一個(gè)離散傅立葉逆變換，一般利用IFFT實(shí)現(xiàn)。接收機(jī)則可以等效為一個(gè)離散傅立葉變換，可以利用FFT實(shí)現(xiàn)磚廣去，EJ2XIKN，KO，1，一116VVI0在符號(hào)持續(xù)時(shí)間T比信道的相干時(shí)問(wèn)小得多的情況下，每一個(gè)調(diào)制符號(hào)最。的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，無(wú)線信道的傳輸函數(shù)日F可以認(rèn)為是恒定的。無(wú)線信道對(duì)于OFDM信號(hào)的作用，儀僅是將每個(gè)信號(hào)F乘上一個(gè)復(fù)傳輸因子以HKAF，NT，接收到的調(diào)制符號(hào)在FFR變換之后為R。KH，KS，K七N，TI7這里帆，是對(duì)應(yīng)子信道上的加性噪聲。從這個(gè)等式可以看出OFDM傳輸技術(shù)的優(yōu)越性即使在最人延遲大到在單載波系統(tǒng)里足以導(dǎo)致非常嚴(yán)重的ISI的情況下，我們?nèi)钥梢员ＷC每個(gè)被傳輸?shù)恼{(diào)制符號(hào)僅被一個(gè)復(fù)傳輸因子和加性噪聲所影響，而不存在ISI。9浙江人學(xué)碩士論文14OFDM系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)141OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)由于OFDM信號(hào)的上述產(chǎn)生機(jī)制和特點(diǎn)OFDM技術(shù)有著許多單載波和傳統(tǒng)多載波系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)8111。在解決無(wú)線遠(yuǎn)距離移動(dòng)通信的上述問(wèn)題上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?？垢蓴_能力強(qiáng)。OFDM技術(shù)可以有效的抵抗頻率選擇性衰減和窄帶干擾，當(dāng)多徑時(shí)延增大到與碼元周期可比時(shí)，就會(huì)引起碼間干擾ISIINTERSYMBOLINTERFERENCE，在第二章中將詳細(xì)闡述無(wú)線通信有關(guān)特性。對(duì)于單載波系統(tǒng)，一個(gè)衰減或干擾就可能導(dǎo)致整個(gè)通信鏈路失效，而在多載波系統(tǒng)中，只有一小部分子載波會(huì)被影響，這時(shí)可以通過(guò)糾錯(cuò)編碼來(lái)解決。OFDM技術(shù)把每條子信道上的數(shù)據(jù)率降低，通過(guò)多個(gè)子信道并行傳輸，大大擴(kuò)展了碼元周期，同時(shí)通過(guò)在時(shí)域上增加周期性前綴，可以很好的克服多徑干擾的問(wèn)題。OFDM正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)提供了讓數(shù)據(jù)以較高的速率在較大延遲的信道上傳輸?shù)牧矸N途徑。OFDM的思想是把個(gè)高速率的數(shù)據(jù)流分解成許多低速率的子數(shù)據(jù)流，以并行的方式在多個(gè)子信道上傳輸。這樣，在每個(gè)子信道上，符號(hào)持續(xù)時(shí)間比信道的最大延遲小，從而可以消除ISI同單載波系統(tǒng)相比，OFDM傳輸技術(shù)最重要的優(yōu)越性體現(xiàn)在頻率選擇性信道上。由于OFDM子載波的正交性在無(wú)線信道傳輸之后還被保留，信道干擾的影響就被減小為在每個(gè)子載波上乘一個(gè)復(fù)傳輸因子。因而它的信號(hào)均衡很容易。這種情況下接收機(jī)的信號(hào)處理過(guò)程將會(huì)非常簡(jiǎn)單。而在相同的帶寬下，傳統(tǒng)的單載波傳輸進(jìn)行均衡難度就要大些了。并且，由于OFDM的均衡是在頻域進(jìn)行，與普通單載波調(diào)制方式相比，雖然OFDM系統(tǒng)中的均衡和要受到相同的限制如殘余錯(cuò)誤和噪聲增強(qiáng)，在理論上具有相同的性能，然而，OFDM系統(tǒng)中均衡器的復(fù)雜性本質(zhì)上要小于單載波系統(tǒng)OFDM是單抽頭，而單載波則需要多抽頭，而均衡器的運(yùn)算復(fù)雜度與抽頭數(shù)量的平方成正比。隨著信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸率的提升，信號(hào)帶寬的進(jìn)步提高，多徑造成的影響會(huì)越來(lái)越明顯，使用單載波方式，均衡器的計(jì)算負(fù)荷將極大的影響系統(tǒng)的傳輸能力。此外，同經(jīng)典的FDM系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的頻譜利用率要高的多。在OFDM系統(tǒng)中，各窄帶子信號(hào)獨(dú)立產(chǎn)生，然后被分配到不同的頻帶上傳輸，在接收端用濾波器加以分離。個(gè)頻帶不能交疊。否則會(huì)互相產(chǎn)生干擾。而OFDM系統(tǒng)各個(gè)子信號(hào)的頻譜是互相交疊的，只要保證各個(gè)子載頻的正交性，就可以在接收端完全恢復(fù)出原來(lái)的信號(hào)。頻帶利用率高。傳統(tǒng)的多載波系統(tǒng)為了避免產(chǎn)生載波間干擾ICIINTERCARRIERINTERFERENCE，各個(gè)子載波在頻帶上是不重疊的，接收機(jī)可以用傳統(tǒng)的濾波器加以分離和提取。但是這樣頻帶利用率很低。在OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波的頻譜是重疊的，每個(gè)子載波都采用矩形脈沖成型。其頻譜是SMC函數(shù)，在頻域上可以很好的保證不同的子載波信號(hào)的正交性，而沒(méi)有信道間干擾ICI的發(fā)生。同時(shí)提高了系統(tǒng)的頻帶利用率。如圖12所示。可以證明，只要相鄰子載波的頻率相差I(lǐng)/TL就可以滿足正交條件。而當(dāng)各個(gè)子載波在整個(gè)碼元周期上是正交的時(shí)后，只要接收機(jī)用各子載波對(duì)接收信號(hào)在碼元周期T上做相關(guān)積分浙江大學(xué)碩士論文就可以無(wú)失真的恢復(fù)出各個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)OFDM信號(hào)的合成頻譜非常近似于矩形，其頻帶利用率可以接近100OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。在單載波系統(tǒng)中，通常都通過(guò)設(shè)計(jì)自適應(yīng)均衡器來(lái)消除多徑的影響，在高速數(shù)字通信中，均衡器的抽頭系統(tǒng)常常要求很大，這就增加了均衡器的復(fù)雜度和成本。而OFDM系統(tǒng)具有優(yōu)良的抗多徑干擾性能和直觀的信道估計(jì)方法，無(wú)須設(shè)計(jì)復(fù)雜的均衡器，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，而且發(fā)送和接收可以通過(guò)IFFT快速反傅立葉變換和FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。142OFWN技術(shù)的缺點(diǎn)雖然OFDM有上述幾大優(yōu)點(diǎn)但是，也并非盡善盡美，同樣其信號(hào)調(diào)制機(jī)制也使得OFDM信號(hào)在傳輸過(guò)程中存在著一些劣勢(shì)對(duì)相位噪聲和載波頻偏十分敏感。這是OFDM技術(shù)一個(gè)非常致命的缺點(diǎn)，OFDM在采用IFFT來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制時(shí)，每個(gè)子載波都是采用矩形脈沖成型的，這帶來(lái)兩個(gè)不利因素A當(dāng)頻率間隔增加時(shí)，子載波系統(tǒng)頻譜副瓣衰減緩慢，會(huì)產(chǎn)生帶外干擾B如果頻率同步誤差不能被忽略，則每個(gè)子載波都會(huì)在其它子載波上引起干擾。即整個(gè)OFDM系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子載波之間的正交性要求格外嚴(yán)格，任何一點(diǎn)小的載波頻偏都會(huì)破壞子載波之間的正交性，引起ICI，同樣，相位噪聲也會(huì)導(dǎo)致碼元星座點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)散，從而形成ICI而單載波系統(tǒng)就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，相位噪聲和載波頻偏僅僅是降低了接收到的信噪比SNR，而不會(huì)引起互相之間的干擾口峰平E匕PAPPEAKTOAVERAGEPOWER過(guò)大。OFDM信號(hào)由多個(gè)子載波信號(hào)組成，這些子載波信號(hào)由不同的調(diào)制符號(hào)獨(dú)立調(diào)制。由于傳送的數(shù)據(jù)是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程O(píng)FDM信號(hào)的幅值也是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。根據(jù)中心極限定理，如果子載波的數(shù)量很多，OFDM信號(hào)的幅值將服從復(fù)高斯分布。由此說(shuō)來(lái)，OFDM信號(hào)的峰值功率和平均功率之比很大，即同傳統(tǒng)的恒包絡(luò)的調(diào)制方法相比，OFDM調(diào)制存在一個(gè)很高的峰值因子。因?yàn)镺FDM信號(hào)是很多個(gè)小信號(hào)的總和，這些小信號(hào)的相位是由要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列決定的。對(duì)某些數(shù)據(jù)，這些小信號(hào)可能同相，而在幅度上疊加在一起，從而產(chǎn)生很大的瞬時(shí)峰值幅度。而峰平比過(guò)大，將會(huì)增加AD和DA的復(fù)雜性，而且會(huì)降低射頻功率放大器的效率。同時(shí)，在發(fā)射端，放大器的最大輸出功率就限制了信號(hào)的峰值，這會(huì)在OFDM頻段內(nèi)和相鄰頻段之間產(chǎn)生干擾。所需線性范圍寬由于OFDM系統(tǒng)峰值平均功率ELPAPR大，對(duì)非線性放大更為敏感故OFDM調(diào)制系統(tǒng)比單載波系統(tǒng)對(duì)放大器的線性范圍要求更高。15本文工作本文工作主要是實(shí)現(xiàn)基于IEEE8021IA協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的內(nèi)接收機(jī)。而內(nèi)接收機(jī)主要包括同步參數(shù)的估計(jì)和信道參數(shù)的估計(jì)。而OFDM系統(tǒng)對(duì)相位噪聲和載波頻偏非常敏感，所以浙江大學(xué)碩士論文在同步參數(shù)的估計(jì)上尤為重要。目前有很多文章對(duì)OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)和同步算法做了理論上的研究，提出了各種算法在OFDM系統(tǒng)中，估計(jì)信道傳輸函數(shù)的力法是基于頻域?qū)ьl和插值技術(shù)的信道估計(jì)方法，其主要原理是在發(fā)射端將導(dǎo)頻符號(hào)插入數(shù)據(jù)符號(hào)件，在接收端從數(shù)據(jù)符號(hào)中取出導(dǎo)頻符號(hào)并獲得導(dǎo)頻符號(hào)位置處子信道傳輸函數(shù)的估計(jì)，兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)位置之間的子信道傳輸函數(shù)通過(guò)二維插值P2131的方法獲得。由于多徑和DOPPLE效應(yīng)移動(dòng)無(wú)線信道的傳輸函數(shù)是時(shí)間和頻率選擇性的，當(dāng)信道為廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射WSSIJS信道時(shí)，信道的傳輸函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)在時(shí)間和頻率方向上是可分的，從而可將二維插值分解為兩個(gè)級(jí)聯(lián)的一維插值分別進(jìn)行。而OFDM同步算法主要分為符號(hào)同步，采樣時(shí)鐘同步和載波同步，其中符號(hào)同步SYMBOLSYNCHRONIZATION和采樣時(shí)鐘同步SAMPLINGCLOCKSYNCHRONIZATION在數(shù)字通信中一般都稱為定時(shí)同步。符號(hào)同步是要找到FFT窗的正確位置?？梢酝ㄟ^(guò)接收的訓(xùn)練序列的幫助得到W伙也可以利用OFDM符號(hào)前的保護(hù)間隔GI或CP的相關(guān)性得到TIA211這樣就不需要訓(xùn)練序列卜但是在多徑信道中，保護(hù)間隔的循環(huán)特性會(huì)被ISI破壞，從而。無(wú)法保證正確的符號(hào)同步。如果符號(hào)定時(shí)誤差在保護(hù)間隔所能提供的ISI的容限以外，那么就會(huì)引起ISI。破壞正交性以及降低系統(tǒng)性能。另外，在相干OFDM系統(tǒng)中，通過(guò)內(nèi)插進(jìn)行的信道估計(jì)的性能也會(huì)因?yàn)榉?hào)定時(shí)誤差而大大降低，所以，更加精確的符號(hào)同步的算法是非常必要的。相對(duì)于符號(hào)同步，采樣時(shí)鐘同步就是要使接收端的采樣時(shí)鐘碩率和發(fā)射端的對(duì)齊。這是因?yàn)樵趯?shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的采樣時(shí)鐘總是存在偏差。每個(gè)信號(hào)采樣和正確的采樣時(shí)間有一個(gè)小的偏差，而且隨著采樣的增加，線性增加，導(dǎo)致碼元定時(shí)的漂移同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致ICI，進(jìn)一步惡化同步問(wèn)題。舉個(gè)例子如果采樣時(shí)鐘頻率是5MHZ偏差是1OPPM那么碼元定時(shí)就會(huì)有每秒50個(gè)樣值的漂移。只有在幀長(zhǎng)足夠短的情況下，引起ICI導(dǎo)致的性能下降通常才可以忽略掉。所以采樣時(shí)鐘同步也是非常重要。如果采樣偏差必須被補(bǔ)償，通常用時(shí)域的內(nèi)插濾波器或者頻域的相位旋轉(zhuǎn)器來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。另外在OFDM系統(tǒng)中載波頻率的偏差一般來(lái)源千兩個(gè)方面1發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間本地晶振的不匹配2無(wú)線移動(dòng)信道中多普勒效應(yīng)載波同步算法就是來(lái)補(bǔ)償上面兩點(diǎn)引起的頻偏。OFDM系統(tǒng)對(duì)信道的多徑時(shí)延不敏感，其抗多徑效應(yīng)較好，但是由于OFDM信號(hào)是由很多正交的子載波構(gòu)成的，所以每個(gè)子信道帶寬比起整個(gè)OFDM的信號(hào)帶寬要小得多對(duì)信道頻偏非常的敏感，通常較小的頻偏都會(huì)影響子載波之間的正交性，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的降低。像文獻(xiàn)1227中提出的，很小的載波頗偏就會(huì)引起信躁比的很大損失。例如當(dāng)載波頻率為5GHZ時(shí)，IOOPPM的頻偏相當(dāng)于50KHZ。如果符號(hào)間隔為T(mén)32PS,從T二LBO所以為了確保載波間的正交性，在FFT之前就要盡量精確的估計(jì)載波的未知相位系數(shù)并進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)此主要是結(jié)合訓(xùn)練序列、循環(huán)前綴和導(dǎo)頻對(duì)此進(jìn)行估計(jì)P刃23251但是上面這些算法大多數(shù)主要是偏向于針對(duì)于特定的幀結(jié)構(gòu)或理論上的研究，因此或不能應(yīng)用于IEEE80211A系統(tǒng)的?；蚝茈y在FPGA中實(shí)現(xiàn)，因此要想實(shí)現(xiàn)基于TEEE802I1A協(xié)議的浙江大學(xué)碩士論文OFDM系統(tǒng)內(nèi)接收機(jī)，必須得根據(jù)此協(xié)議本身的幀結(jié)構(gòu)來(lái)改進(jìn)算法，適合用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此本論文在第二章對(duì)適合IEEE80211A協(xié)議的信道估計(jì)算法進(jìn)行了研究，提出了易于用FPGA實(shí)現(xiàn)的算法。在第三章對(duì)同步算法進(jìn)行了研究，通過(guò)幾種算法的比較最后得出了比較適合的算法。在第四章用FPGA實(shí)現(xiàn)了前面的提出的算法。浙江大學(xué)碩士論文第二章系統(tǒng)的信道估計(jì)本章主要討論OFDM內(nèi)接收機(jī)的信道估計(jì)問(wèn)題，本章先討論了無(wú)線信道通信的信道特性，然后給出了OFDM信道的估計(jì)模型，最后討論了適合IEEE80211A局域網(wǎng)的信道估計(jì)方法口21無(wú)線信道特性無(wú)線信道環(huán)境下的信息傳輸面臨許多挑戰(zhàn)。本節(jié)將簡(jiǎn)單地介紹一下無(wú)線信道的傳輸特性關(guān)于無(wú)線通信信道的詳細(xì)討論，可參考文獻(xiàn)叫27。與有線信息傳輸相比，無(wú)線信道中的信號(hào)傳輸所經(jīng)歷的環(huán)境要復(fù)雜得多，其傳輸過(guò)程受到發(fā)送機(jī)和接收機(jī)間的復(fù)雜地形、移動(dòng)物體和空氣溫度濕度以及它們的變化特性的影響，呈現(xiàn)出許多不穩(wěn)定的傳輸損傷。信號(hào)在無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的信道環(huán)境下的傳播過(guò)程可能經(jīng)歷的傳播機(jī)制包括直射LOSLINEOFSIGHT、反射REFLECTION，衍射DIFFRACTION和散射SCATTERING,而且由于信道本身的隨機(jī)性，各機(jī)制在傳輸中的地位也是隨機(jī)的，這就是無(wú)線信道遠(yuǎn)比有線信道的傳輸壞境惡劣的主要原因有線傳輸環(huán)境通常是靜態(tài)平穩(wěn)的，可預(yù)測(cè)的，無(wú)線信道則出于前述的各種因素影響，呈現(xiàn)出很強(qiáng)的隨機(jī)時(shí)變性。無(wú)線信道的這種隨機(jī)性和時(shí)變性大致可以劃分為三類1自由空間傳播損耗與彌散，主要是距離和頻率的函數(shù)2陰影衰落，這主要是由于傳播環(huán)境這的地形起伏、建筑等障礙物對(duì)電波的遮蔽作用引起的。3多徑衰落，它是出于無(wú)線移動(dòng)環(huán)境中的特有多徑現(xiàn)象造成的。實(shí)測(cè)表明這三種效應(yīng)表現(xiàn)在不同的距離范圍。從無(wú)線系統(tǒng)工程的角度，前兩種效應(yīng)屬干人尺度效應(yīng)LARGESCALEEFFECTS，主要影響無(wú)線通信的距離或者無(wú)線區(qū)的覆蓋范圍，通過(guò)合理的天線布局等設(shè)計(jì)可以消除其不利影響而后一種效應(yīng)屬于小尺度效應(yīng)SMALLSCALEEFFECTS，在數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)范圍或極短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)快速劇烈的隨機(jī)性起伏，從而嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，并且不能通過(guò)前述的簡(jiǎn)單手段消除，所以本節(jié)主要來(lái)講小尺度衰弱。另外。僅從無(wú)線信道特性的時(shí)變性還可以把無(wú)線信道劃分為快衰落FASTFADIN日信道和慢衰落SLOWFADING信道。、一，、_止獻(xiàn)警黑二，知、,FED,味二，O20扭何圖21大尺度衰弱和小尺度衰弱示意圖浙江大學(xué)碩士論文211小尺度衰弱在實(shí)際的無(wú)線移動(dòng)環(huán)境下，電波將經(jīng)歷不同的路程到達(dá)接收天線，這就是所謂多徑效應(yīng)。在多徑信道中，當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的相對(duì)位置發(fā)生了即使1/2載波波長(zhǎng)的位移時(shí)，或在短時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的幅度也會(huì)發(fā)生劇烈變化，我們稱之為小尺度效應(yīng)。1小尺度效應(yīng)的表現(xiàn)和影響因素小尺度效應(yīng)具體表現(xiàn)為1在小距離或短時(shí)間范圍內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的劇烈變化2由于不同信號(hào)路徑上的不同多普勒效應(yīng)引起的隨機(jī)頻率調(diào)制3由多徑時(shí)延擴(kuò)展造成信號(hào)的時(shí)間彌散效應(yīng)影響小尺度效應(yīng)的主要因素有多徑傳播無(wú)線移動(dòng)信道中，由于反射、散射等的影響，實(shí)際到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)多個(gè)傳播路徑之后各分量的疊加。不同路徑分量的幅度、相位、到達(dá)時(shí)間和入射角各不相同，使接收到的復(fù)合信號(hào)在幅度和相位上都產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。多徑傳播會(huì)引起信號(hào)在時(shí)間上的展寬，從而帶來(lái)符號(hào)間的干擾ISIIO移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度在無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)中，需要使用很高的載波頻率進(jìn)行信號(hào)傳送。如果移動(dòng)臺(tái)相對(duì)于基站運(yùn)動(dòng)，由于各入射信號(hào)的入射角不相同，各路徑分量受到不同的DOPPLER頻率調(diào)制，使接收到的復(fù)合信號(hào)產(chǎn)生非線性失真。若所使用的載波頻率一定，移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度越高，DOPPLER頻移對(duì)接收信號(hào)的影響就越嚴(yán)重。傳播環(huán)境中物體的運(yùn)動(dòng)如果無(wú)線信道環(huán)境中存在運(yùn)動(dòng)的物體，會(huì)使到達(dá)接收天線的某些多徑分量隨時(shí)間變化。如果移動(dòng)物體處于發(fā)射或接收天線附近且具有較高的速度，這時(shí)，移動(dòng)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)物體引起的DOPPLER頻移對(duì)信號(hào)的影響就必須加以考慮信號(hào)的物理帶寬寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)在多徑信道咋，的表現(xiàn)出不同的衰落特性。如果傳送信號(hào)的物理帶寬比“信道帶寬，相干帶寬更寬，接收信號(hào)將產(chǎn)生失真。但如果信號(hào)帶寬比DOPPLER帶寬大很多，信號(hào)對(duì)DOPPLER頻移引起的失真將不敏感。如果傳送信號(hào)的物理帶寬比信道帶寬窄，則接收信號(hào)波形在時(shí)間上不會(huì)引起明顯的失真。但如果信號(hào)帶寬窄到可以與DOPPLER帶寬相比擬時(shí)，信號(hào)對(duì)。OPPLER頻移引起的失真將較為敏感Z多徑時(shí)變信道的沖激響應(yīng)模型基于多徑信道模型，并考慮到信道響應(yīng)的時(shí)變性，無(wú)線移動(dòng)信道的沖激響應(yīng)可以表示為PF_HT,Z一藝A,TSRRPT21其中。,T1A,TI產(chǎn)”、側(cè)。、州T均是時(shí)變的隨機(jī)參量，分別為第P條徑的復(fù)衰減因子、時(shí)延和相移，PT為時(shí)刻T時(shí)的總路徑數(shù)。設(shè)發(fā)射信號(hào)為XT，于是接收到的信號(hào)YT可表示為浙江人學(xué)碩士論文YTHT,動(dòng)X1NT二X一HT,RDRNT藝AR,TX，一RPTNT22上式充分反映了無(wú)線移動(dòng)信道的多徑效應(yīng)和時(shí)變效應(yīng)。進(jìn)一步，多徑信道沖激響應(yīng)的頻域表不為HT,W一FHT,R皿HT,ZE“TDZ233多徑時(shí)變信道的統(tǒng)計(jì)特性從式27和式29中可以看出，可以通過(guò)脈沖激勵(lì)法測(cè)量多徑信道的各條徑的復(fù)衰減系數(shù)及相應(yīng)的路徑時(shí)延，從而確定無(wú)線多徑信U的沖激響應(yīng)也可以通過(guò)頻率掃描法測(cè)量出無(wú)線多徑信道的頻率響應(yīng)，從而得到無(wú)線多徑信道的沖激響應(yīng)。然而，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)由于無(wú)線移動(dòng)信道的復(fù)雜性和時(shí)變性，更重要的是了解其統(tǒng)計(jì)特性。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，人們可以得到各種無(wú)線移動(dòng)環(huán)境的統(tǒng)計(jì)特性，從而把無(wú)線移動(dòng)環(huán)境劃分為幾種典型的信道，其劃分依據(jù)主要從兩個(gè)角度出發(fā)1多徑時(shí)延擴(kuò)展特性信號(hào)包絡(luò)的隨機(jī)衰落。2時(shí)變特性信號(hào)相位的隨機(jī)衰弱。其中多徑時(shí)延擴(kuò)展特性引起了多徑效應(yīng)，而時(shí)變特性引起了多普勒效應(yīng)。多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)是造成無(wú)線移動(dòng)信道環(huán)境惡劣的兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的傳播機(jī)制。根據(jù)它們對(duì)無(wú)線移動(dòng)信道的影響，或者說(shuō)根據(jù)相千時(shí)間和相關(guān)帶寬與發(fā)送的符號(hào)周期和信號(hào)帶寬的關(guān)系，我們把信道劃分為I平坦衰落信道2頻率選擇性衰落3慢衰落信道4快衰落信道。22論文中所用到的信道模型前面己經(jīng)討論了無(wú)線移動(dòng)環(huán)境的大尺度效應(yīng)和小尺度效應(yīng)，特別地我們分析了小尺度效應(yīng)中的多徑傳播特性和隨機(jī)時(shí)變特性。本論文后面的討論將只考慮小尺度效應(yīng)，且只考慮基帶模型，或者首先在AWGN環(huán)境下分析，然后把結(jié)果用到多徑環(huán)境下這也是大多數(shù)文獻(xiàn)常用的兩種方法。下面我們將首先給出論文用到的信道模型。221AWGN信道MODEL1AWGN信道是所有信道模型中最簡(jiǎn)單的一種，信號(hào)XT經(jīng)信道HT之后輸出為YTXTHT十NT，其中NT為平穩(wěn)白噪高斯過(guò)程。信道的系統(tǒng)框圖如圖22所示，其中信噪比SNRDR是信道的唯一參數(shù)浙江大學(xué)碩士論文圖22AWGN信道系統(tǒng)框圖222瑞利多徑信道MODEL11瑞利多徑信道的參數(shù)包括多徑數(shù)尸、各條徑的時(shí)延T,和增益系數(shù)LAP以及自噪聲功率以信噪比SNRDB表示PI_。從前面的討論可知，信號(hào)XT經(jīng)信道HT之后輸出為HT,T二藝A,TXT一PTN1,F以瑞利多徑信道可以用橫截濾波器級(jí)聯(lián)一個(gè)。信道構(gòu)成，其葉橫截濾波器的延遲系數(shù)和抽頭系數(shù)分別為行P,A月如圖23所示，同圖22,其中SNR是信噪比DB。瑞利信道的產(chǎn)生請(qǐng)參考文獻(xiàn)3FT,T曰叫丁2TP_,曰TP【竺華絲N1IYM圖23多徑瑞利信道23OFDM信道估計(jì)231數(shù)字系統(tǒng)的信道估計(jì)模型信道估計(jì)就是要使信道的不確定性降至最小，使之對(duì)收發(fā)兩方而言是“透明的”。它包含兩個(gè)方面1獲取或測(cè)量信道參數(shù)，這是通常意義上的信道估計(jì)問(wèn)題。2信道矯正或稱信道去藕合，這是信道估計(jì)的最終目的。在很多系統(tǒng)中需進(jìn)行信道估計(jì)，。比如許多基于橫截濾波的時(shí)域均衡器中，兩者可能是同時(shí)進(jìn)行的。甚至無(wú)比如差分調(diào)相系統(tǒng)。圖24給出了一般通信系統(tǒng)的信道估計(jì)模型浙江大學(xué)碩士論文ST發(fā)送信號(hào)HTRFONTB,SINB,QNT42個(gè)低通濾波后上式變?yōu)镮COSB,INT2一一SIN2B,QNT解調(diào)Q路信號(hào)浙江大學(xué)碩士論文SNT,SIN27RFONT_COS2SRFONT,0,一NTSIN2TFONT,B,QNTSIN2RFONT一合SIN4RFONTB,一。一合FCOS41RFANT0,一B,L。43經(jīng)過(guò)個(gè)低通濾波后上式變?yōu)樯鶶IN況2合一。，。當(dāng)。二。時(shí)上面兩路解調(diào)信號(hào)變成喜INT,1QNT，這時(shí)的解調(diào)信號(hào)中，路和Q路之2“2“、一間沒(méi)有任何干擾，不過(guò)一般情況下B,0，這就會(huì)對(duì)解調(diào)產(chǎn)生上面的影響，這個(gè)影響在復(fù)數(shù)域上可表示為。1IJQ,所以去掉只的影響有很多種方法一種是自同步發(fā)送端不發(fā)送專門(mén)的同步信息，接收端設(shè)法從收端的信號(hào)中提取同步信息。如圖43所示。另一種是外同步法有發(fā)送端發(fā)送專門(mén)的同步信息稱為導(dǎo)頻，接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來(lái)做為同步信號(hào)。我們這里采取的是外同步法，不過(guò)是直接進(jìn)行補(bǔ)償在頻域上，令接收到的長(zhǎng)訓(xùn)練序列除上己知的長(zhǎng)訓(xùn)練序列，這樣就得出EJ4的值，然后把這個(gè)值補(bǔ)償?shù)?。這樣做一個(gè)粗的補(bǔ)償，還剩下的誤差可以看作是定時(shí)誤差，在后面的定時(shí)跟蹤上的到補(bǔ)償?shù)屯ㄝ斎胄盘?hào)900相移黯撬低通圖43自同步法消除01在我們這個(gè)系統(tǒng)由干抽樣頻率是中頻的4倍即T0,1,2,牛。所以本地的同步信號(hào)4JNN4K,K鄂COS27RFONT”二4K1,K0,1,2,，N4K十2,K0,1,2,，二N4K十3,K二0,1,2,，可以取1,0、1,0，代入42式得，COSB,I4KT,SINB,Q4KT,0,COSB,I4K2TSINB,Q4K2T,0其中K二0,1,2,，二。同理本地信號(hào)浙江大學(xué)碩士論文4K,4KI,KK二0,L,2,SIN27I無(wú)N雙0,1,2,，一N4K2,K0,1,2,可以取0,1,0，1N4K3,K0,1,2010L爭(zhēng)代入43式得0,SINB,I4KT一COS0,Q4KT,0,SIN01I4K2T一COSB,Q4K2T,0從上面得到的解調(diào)數(shù)據(jù)來(lái)看，并沒(méi)有包含高頻項(xiàng)，所以不需要在經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器了，這是采樣頻率是中頻四倍的所帶來(lái)的好處。這樣的話整個(gè)下變頻是很容易用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)了。3抽樣速率轉(zhuǎn)換由于后面模塊處理的數(shù)據(jù)速率為20M，而采樣進(jìn)來(lái)的速率為40M,所以必須進(jìn)行2倍的抽樣。如果直接對(duì)下變頻的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣，會(huì)有一個(gè)問(wèn)題當(dāng)I路上有值時(shí)Q路上為0，當(dāng)Q路上有值時(shí)I路為。，即在同一時(shí)刻不能同時(shí)都到I路和Q路上的值。所以必須進(jìn)過(guò)一個(gè)內(nèi)插濾波器，使I路和Q路在每一個(gè)時(shí)刻上都同時(shí)有值。仔細(xì)觀察上面所得的I路，Q路的下變頻數(shù)據(jù)，I路S1,0,S3,0,S5,0Q路0,S2,0,S4,0,S6。就會(huì)發(fā)覺(jué)I路，Q路數(shù)據(jù)可以看作是被2倍零值內(nèi)插了，其實(shí)對(duì)I路和Q路來(lái)說(shuō)，A。采樣結(jié)合數(shù)字下變頻可以看作是零值內(nèi)插的過(guò)程。對(duì)整數(shù)倍零值內(nèi)插這里簡(jiǎn)單介紹一下所謂整數(shù)倍零值內(nèi)插是指把原始抽樣點(diǎn)之間插入11個(gè)零值401。則內(nèi)插后的序列XIX,MXJ,M0,1I,121，二440,其他11了、ESEE一一內(nèi)插過(guò)程如圖44所示。XN0123一喻X田01234567一一T圖44整數(shù)倍零值內(nèi)插內(nèi)插器用符號(hào)表示則如圖45所示。一一樞至扮X0M浙江大學(xué)碩士論文圖45內(nèi)插器的符號(hào)表示下面討論內(nèi)插的信號(hào)頻譜X,W“與原始譜XE“之間的關(guān)系。由于X,M除了M為I的整數(shù)倍處為其余都為零。所以有X,Z藝X,IZ藝XMZ,45XZ把ZELL代入式45可得內(nèi)插后的信號(hào)頻譜為X,E“XE“R46原始譜ME“B濾C濾波后一2下一皿圖46內(nèi)插I二2前后的頻譜結(jié)構(gòu)圖從原理可以得出必須經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器濾掉冗余的信息。因此，本文針對(duì)此模塊的要求設(shè)計(jì)了一個(gè)FIR濾波器4,。此濾波器是用升余弦函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。升余弦函數(shù)的頻域函數(shù)為浙江大學(xué)碩士論文FL_15DB可以