OFDM系统的最大似然同步算法研究

虽然OFDM技术有很多优势,但相对于单载波系统或者一般的频率复用通信系统来说,它对同步要求更高。假设终端与基站无法实现同步,终端甚至无法接入,同步技术是OFDM系统以及MIMO-OFDM系统的关键技术,是保证系统高稳定和高性能重要技术。最大似然估计算法在OFDM符号定时同步和载波频率同步中得到了广泛的应用,通过基于循环前缀的最大似然估计方法,避免了基于导频符号同步估计带来功率和数据资源浪费。通过仿真可以看到,该算法能够很好地实现OFDM系统的符号同步和载波同步。     

OFDM系统中同步问题的研究

OFDM系统的实现还存在着一些方面问题,如：同步问题尤其是频偏,峰值功率与平均功率比值过高,器件的非线性化等。OFDM系统对同步偏差敏感是本文讨论的重点,尤其是频偏。因此怎样获得准确的符号定时和载波频偏估计对OFDM系统性能至关重要。本文围绕OFDM同步过程中的符号定时和载波频率偏差问题进行描述,在分别介绍同步过程中捕获和跟踪两个阶段各自一些典型算法基础上,对一种基于保护间隔／循环前缀（PI／CP）的联合实现符号定时和载波同步最大似然估计（MLE）算法进行叙述并仿真。     

系统中同步问题的研究

介绍了正交频分复用（OFI）M）的基本原理,围绕OFDM同步过程中的符号定时和载波频率偏差问题进行描述,对一种基于保护间隔／循环前缀（PL／CP）的联合实现符号定时和载波同步最大似然估计（MLE）算法进行叙述并仿真。     

OFDM中的同步

本文简单介绍了正交频分复用(OFDM)技术中同步的问题。本文共分三个部分,第一部分介绍了OFDM的载波同步,给出实现载波同步的方法;第二部分介绍OFDM接收机的样值同步,给出样值同步示意图;第三部分介绍OFDM的符号同步,给出采用最大似然准则估计符号定时同步和载波同步的框图。     

一种优化的OFDM符号定时与频偏估计算法及其FPGA实现

符号定时与频偏估计是OFDM系统中的关键技术之一.本文分析了符号定时偏差与载波频偏对OFDM系统性能的影响,提出了一种优化的最大似然同步算法,并给出了在FPGA中的硬件实现方案,得到其仿真结果.传统的循环前缀符号同步算法,仅仅利用一个OFDM符号的循环前缀及其相应部分的相关性,其相关峰值不明显,同步效果不理想.本文提出一种充分利用连续多个OFDM符号同时进行相关功率运算,在同样信噪比的情况下,相对于单个OFDM符号进行同步估计的系统,符号定时与频偏估计的精度更高,误差更小.     

基于迭代ML算法的OFDM同步技术

正交频分复用是一种多载波调制方式,他在对抗频率选择性衰落,提高频谱利用率方面有突出的优点.但是正交频分复用对频率偏移和相位噪声很敏感,因此同步是OFDM系统中的关键技术.最大似然估计算法在OFDM符号定时同步和载波频率同步中得到了广泛的应用,分析了迭代ML算法,并对ML算法在执行步骤上进行了优化,通过仿真比较可以看出,程序的执行速度加快,运行时间缩短.     

MIMO-OFDM系统基于交织前缀的最大似然定时估计方法

MIMO-OFDM系统中,精确的符号定时同步可使接收端解调数据时消除载波频率偏移和符号间干扰。而由于MIMO空间信道复杂度较高,使得单天线OFDM系统的同步方法不能直接应用于MIMO-OFDM系统中。本文从抑制符号定时同步存在偏差时的相关峰角度出发,提出采用交织的方法设计循环前缀,利用最大似然估计获得强相关峰已达到精确的符号定时同步,并分辨多径。该方法相对于传统的循环前缀添加方法只需要产生交织表,实现复杂度略有增加,但估计性能提高明显。     

OFDM中基于CP的最大似然估计同步技术

在OFDM系统中,实现符号定时和载波频率同步是实现OFDM技术的关键。一种盲同步算法是基于CP(循环前缀)的最大似然估计,该算法利用CP与该符号尾部数据的相关关系来实现符号定时和载波同步。然而使用这种算法当信号在时变多径信道中传输时,系统性能会明显降低。提出一种新型的CP结构,把CP分为两部分,其中一部分是复制前一个符号开头,另一部分是复制当前符号的尾部。CP的个数不变,所以CP的两部分个数各占CP的一半。利用这种新型的CP结构,FFT的起始时刻就可以落到有效数据段内(符号定时误差的绝对值应该小于CP/2)。OFDM的系统性能也能得到明显的改善。     

基于循环前缀ML估计的同步分析及FPGA实现

本文阐述了利用OFDM符号前面的循环前缀(circle prefix,CP)所携带的信息完成定时同步和载波同步的最大似然估计算法的基本原理,利用Altera公司的芯片在QuartusⅡ5.0工具平台上实现了OFDM同步的硬件设计,并进行了软件仿真。     

OFDM系统中的同步偏移估计技术

在分析无线信道环境对OFDM系统影响的基础上,对目前该学术领域提出的多种同步算法进行了分析比较,探讨了数据辅助性估计的OFDM系统的同步过程,该过程包括符号同步、载波同步和采样率同步。该算法在时域上引入了一种更有效的导频方案,在此前提下,利用该PN序列的共轭对称性完成符号定时,然后通过一种基于PN的重复数据最大似然估计理论算法完成频偏估计。仿真结果证明,这种同步体制具有较好的同步精度。     

OFDM数字接收机的符号定时同步算法研究与仿真

同步技术是OFDM的关键技术之一,同步实现方案优劣对OFDM性能有举足轻重的影响,而符号的时间同步偏差则会导致码间干扰(ISI).OFDM系统的符号定时同步又可以分为粗估计和细估计两个阶段.主要对基于循环前缀的符号同步粗估计及基于频域导频符号细估计算法进行了深入的研究及仿真分析.     

一种新的定时和频偏联合估计算法

提出了一种新的正交频分复用(OFDM)系统定时和频率同步联合算法.该算法仅需要一个训练符号就可以完成定时和频偏估计,额外开销量小,定时和频率同步的实现均在时域进行,简化了同步实现的复杂度.由于使用自相关处理,定时同步对频率偏差具有较强的鲁棒性.与以往的定时同步算法相比,该算法避免了定时平台和多峰值的出现,即使在非常低的信噪比下,其定时测度都是一个尖脉冲.仿真结果表明,该算法能快速地实现定时和频率同步.     

多径衰落信道下的OFDM时频联合同步算法

符号定时和载波频率偏差将严重影响OFDM系统的性能。基于具有重复结构的CAZAC序列,提出了一种仅利用一个CAZAC符号实现符号定时、整数倍频偏与小数倍频偏估计的同步算法。这种算法在完成粗定时同步的同时得到整数倍频偏估计,然后根据整数倍频偏估计值对定时估计进行修正,最后完成小数倍频偏估计。分析与仿真结果表明,该算法相对经典算法,不但提高了传输效率,还显著改善了OFDM系统的定时与频偏估计性能,相比CAZAC序列算法,提升了多径信道下的同步性能。     

利用CAZAC序列共轭对称性的OFDM时频同步算法

符号定时和载波频率偏差将严重影响OFDM系统的性能。基于具有重复结构的CAZAC序列,提出了一种仅利用一个CAZAC符号实现符号定时、整数倍频偏与小数倍频偏估计的同步算法。首先,所提算法在完成粗定时同步的同时得到整数倍频偏估计。然后根据整数倍频偏估计值对定时估计进行修正,最后完成小数倍频偏估计。分析与仿真结果表明,该算法相比于传统PARK算法,不仅完成了定时估计,而且得到了频偏估计;相对于经典SC算法,不但提高了传输效率,还显著改善了OFDM系统的定时与频偏估计性能;相比于利用CAZAC序列的同步算法,提高了算法的估计精度以及对多径信道的适应性。      

Joint estimation of symbol timing and carrier frequency offset of OFDM signals over fast time-varying multipath channels

In this paper, we present a novel joint algorithm to estimate the symbol timing and carrier frequency offsets of wireless orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signals. To jointly estimate synchronization parameters using the maximum likelihood (ML) criterion, researchers have derived conventional models only from additive white Gaussian noise (AWGN) or single-path fading channels. We develop a general ML estimation algorithm that can accurately calculate symbol timing and carrier frequency offsets over a fast time-varying multipath channel. To reduce overall estimation complexity, the proposed scheme consists of two estimation stages: coarse and fine synchronizations. A low complexity coarse synchronization based on the least-squares (LS) method can rapidly estimate the rough symbol timing and carrier frequency offsets over a fast time-varying multipath channel. The subsequent ML fine synchronization can then obtain accurate final results based on the previous coarse synchronization. Simulations demonstrate that the coarse-to-fine method provides a good tradeoff between estimation accuracy and computational complexity.     

基于IEEE802.11a OFDM同步算法的FPGA实现

同步是OFDM系统中至关重要的一个环节,目前已有很多针对OFDM系统的同步算法,大致可以分为3类:基于嵌入符号中的导频、基于前导序列和基于循环前缀。提出了具体针对IEEE802.11a帧结构的同步算法(包括时间定时和频偏估计及纠正)。详细阐述了该算法各个模块FPGA的具体实现,具有复杂度低,便于工程实现的特点。     

跳频OFDM通信系统同步算法及实现

结合跳频通信技术抗干扰和正交频分复用(OFDM)技术节省频带资源的优点,提出了一种通信帧格式及其同步算法。该算法构造了每个载波上传输隐藏伪随机序列的OFDM数据,利用伪随机序列良好相关特性实现了定时估计和粗频偏捕获,再使用ML估计算法进行细频偏估计,能够使OFDM技术应用到跳频通信领域。仿真和实验结果表明,在多径信道下,提出的算法单个定时估计和频偏估计误差小。     

高速移动环境下OFDM系统载波同步

在分析OFDM系统载波频偏信号模型的基础上,提出了基于单OFDM前导符号载波同步的高效算法。将基于前导符号相关的方法和基于循环前缀相关的方法融合,应用信道估计和均衡补偿信道中的残留频偏,从链路级研究易于实现的载波同步算法,在高速无线多径Rayleigh信道下,相对频偏ε<±0·5的条件下车速120km/h时获得十分理想的载波同步结果。