域均衡系统中关键技术的研究与实现

同济大学电子与信息工程学院硕士学位论文单载波频域均衡系统中关键技术的研究与实现姓名：江舟申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：葛万成20070301单载波频域均衡系统中关键技术的研究与实现作者：江舟学位授予单位：同济大学电子与信息工程学院相似文献(10条)1.学位论文陈晨单载波频域均衡（SC-FDE）系统研究和实现2006单载波频域均衡(SC-FDE)技术，不仅可以有效对抗信道的频率选择性衰落，实现高速率、大容量的通信传输，而且能够避免单载波时域均衡(SC-TDE)复杂度大和正交频分复用(OFDM)技术峰平比高的不足，是宽带无线接入系统物理层的重要组成技术。近5年来，关于单载波频域均衡的讨论日渐增多，并且已经被纳入IEEE802.16(WIMAX)标准中。然而目前对SC-FDE的研究大多还只是集中在理论仿真阶段，很少有实际的系统实现。本文建立了一个完整的SC-FDE仿真系统，并给出各部分算法的性能评估。为建立这个仿真系统，文章研究了各部分的关键技术：帧同步和采样偏差估计、载波频偏估计和跟踪、频域均衡等算法。作者提出了一种改进的用于符号定时的算法，它可以获得准确的符号起始位置，便于后续信号处理，仿真结果证明其较传统方法，能获得更加精确的符号定时位置，改善系统的性能。本文基于软件无线电平台，进行了SC-FDE系统的FPGA硬件实现，完成了系统的发射机，并且实现了接收端的各模块测试，初步建立了一个SC-FDE的实现系统。实际系统接收端的整体联调还在进行过程中，本文即对作者硕士阶段的一部分研究工作做一个小结。本文的章节内容安排如下：第一章，介绍了SC-FDE技术的研究历史和发展概况，总结了作者硕士阶段的科研情况及本文的主要工作。第二章，详细讨论了SC-FDE的原理，分析了其在下一代无线通信中应用的性能，以及与OFDM技术的对比，为设计合理可行的单载波频域均衡系统提供了可靠的理论保证。本章还分析了无线通信的信道环境。第三章，基于前一章的理论分析，首先进行了无线信道的仿真，然后对SC-FDE系统各个模块讨论不同的算法，进行仿真并分析、优化。最终，给出整个系统的仿真方案、误码性能分析以及与OFDM仿真系统的对比结果，为下一章硬件实现提供了算法的仿真依据。第四章，作为这一研究过程中较为前瞻性的一步，在前文的理论和仿真基础上，实现了初步的SC-FDE系统的发射机和接收机各个模块，目的是进行完整的系统验证，并利用模块化的设计和灵活的接口，以备将来的扩展，以及与其他传输方式的兼容。最后，在回顾本文内容的基础之上，针对文章的理论分析和仿真结果，结合实际系统硬件实现中遇到的问题，探讨今后的改进方法。2.会议论文祁淑慧.岳殿武空时分组编码与单载波频域均衡技术2007空时编码技术是提高无线通信系统频谱利用率和系统可靠性的有效方法之一.空时分组码(STBC),由于具有较高的分集增益和简单的编译码方法,已为3GPP采纳,并成为研究和应用最为广泛的空时编码技术之一.单载波频域均衡(SC/FDE)结合正交频分复用和单载波时域均衡的优点,可有效地抵抗频率选择性衰落,已经被IEEE802.16采用,并成为近年来无线通信领域研究的热点。本文首先介绍空时分组编码技术,重点阐述Alamouti方案的编译原理。然后介绍单载波频域均衡技术,讨论其均衡算法。最后探讨STBC和SC/FDE这两种技术的结合,描述其数据发送和接收结构,并对其未来提出展望。3.期刊论文高镇.彭克武.潘长勇.GAOZhen.PENGKe-wu.PANChang-yong多载波与单载波频域均衡系统的仿真与测量-通信学报2009,30(7)我国数字电视地面广播传输标准GB20600-2006(以下简称国标)兼容多载波正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡(SC-FDE)2种块传输技术.为了在国标框架下对2种传输技术的抗频率选择性衰落性能进行比较,根据国标的系统参数对采用低密度奇偶校验码(LDPC)的OFDM和SC-FDE传输系统进行了仿真,并对国标实际系统进行了测量.仿真和实测结果均表明:在LDPC编码系统中,OFDM的抗频率选择性衰落性能好于SC-FDE系统,且随着信道频率选择性衰落的恶化和调制级别的提高,这种优势会更加明显.此仿真和实测结果可以为国标系统的实现与优化提供参考.4.学位论文吴江无线通信中的单载波频域均衡技术研究2004本文的主要工作包括以下几方面的内容：1.提出了一种称为矢量单载波频域均衡的技术，给出了系统模型，推导了相应的迫零均衡器和MMSE均衡器的结构，分析了其运算复杂度。理论分析和仿真实验结果表明，这种矢量单载波频域均衡技术解决了在频率响应出现零值的信道(spectralnullchannel)的鲁棒性问题，同时具有与传统的单载波频域均衡系统相近的性能；2.研究了正交空时分组码与单载波频域均衡相结合的问题。在回顾了单载波频域均衡结合简单的Alamouti码后，推广到发射天线多于2根的情况，提出了设计编码方案和检测方案的一般过程，以两种发射天线分别为3根和4根的正交设计为例，给出了相应的编码方案、检测方案和线性均衡方案(包括迫零均衡和MMSE均衡)；3.研究了空时单载波频域均衡用于蜂窝系统组网的问题，建立多小区地理拓扑模型，设计了系统容量仿真的总体流程，分析了多小区情况下的系统下行容量。提出了系统间干扰的等效原理，对系统间干扰进行高效快速的折算，在此基础上对两个系统共存的场景进行了仿真，得到了两个系统共存时系统下行容量的损失情况。5.学位论文李伟单载波频域均衡技术的研究200521世纪，第四代移动通信技术飞速发展。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。将具有以下几大特点：1)通信速度更快；2)网络频谱更宽；3)多种业务的完整融合；4)智能性能更高；5)兼容性更平滑；6)实现更高质量的多媒体通信。单载波频域均衡技术是传输方案中的一种有效传输方式，被认为是未来第四代移动通信的核心技术，在高速多媒体数据传输方面具有独特的优势。本文首先介绍了单载波频域均衡系统的基本原理、系统构成，以及性能优点。并重点讨论了用于解决信道深衰落的判决反馈均衡器的结构和ISI。随后在给出了系统模型和参数的基础上，利用Matlab编程对系统性能进行了仿真分析，并与OFDM系统进行比较。其次本文对SISO单载波频域均衡系统的均衡技术进行讨论，主要针对系统采用的自适应滤波器算法即频域LMS进行分析。本文还对均衡器的结构进行研究，主要研究了线性均衡和判决反馈均衡在系统中的应用。最后，本文对单载波频域均衡与多输入多输出(MIMO)技术结合的系统进行分析。MIMO能不增加带宽的前提下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，可以显著提高网络的覆盖范围和可靠性。重点研究了频率选择性衰落信道下MIMOSC-FDE系统的三种均衡器结构，并结合STBC对其进行性能仿真分析，表明FD-DFE更适合信道条件比较差的情况。6.期刊论文桑会平.SANGHui-ping单载波频域均衡在地空高速数据链的应用-无线电工程2009,39(7)地空数据链的信道属于低仰角的多径信道,存在较严重的符号间干扰.正交频分复用(OFDM)是得到认可的有效抗多径方案,单载波频域均衡(SC-FDE)采用与OFDM相似的频域均衡方式,具有与OFDM相近的性能和复杂度,并克服了OFDM的一些不足.在比较SC-FDE和OFDM相似性、分析SC-FDE的信道估计与均衡基础上,提出了采用SC-FDE的地空高速数据链解调器结构,该结构在保留单载波处理的优点条件下实现高效的频域均衡.7.期刊论文杨秋成.徐信单载波频域均衡抗多径码元同步跟踪方法-无线电工程2010,40(1)从信道估计时域冲激响应能量出发,提出了一种运行在2倍采样率上的基于数据分组累积能量的抗多径码元定时同步跟踪方法,适合在全响应和部分响应升余弦脉冲成形QPSK调制的单载波频域均衡系统中应用.在多径信道下对该码元定时同步跟踪方法的跟踪性能进行了仿真,仿真结果表明,该码元定时同步跟踪方法具有良好的跟踪性能和抗多径、抗噪声能力.8.会议论文张国斌.朱琦.酆广增基于IEEE802.16a标准的单载波频域均衡系统2003本文介绍了基于IEEE802.16a标准的正交频分复用(OFDM)技术和单载波频域均衡(SC-FDE)技术,并着重讲述了SC-FDE系统的原理、发送过程和特征参数以及相对于OFDM系统的优势.同时介绍了可以支持OFDM系统和SC系统的双模式系统方案,这种方案可以灵活、高效地发挥两种系统的优势.9.学位论文孙伟平单载波频域均衡技术在802.16a中的应用2006本文分析了宽带无线通信中的两种宽带传输方案。OFDM技术通过串并转换将高比特率变换成低符号率，增大符号间隔，消除码间干扰影响。SC-FDE根据频域信道估计的结果，采用频域逆滤波器来补偿信道的线性失真。进一步分析了OFDM和SC－FDE都通过频域信号处理来消除ISI的实质。重点对单载波频域均衡（SC-FDE）传输方案中的信道估计和频域均衡算法进行了研究。作为频域信道估计的训练序列要求具有平坦的频谱特性，可以快速准确地对信道进行估计。依据提高信道估计精度可以提高频域均衡系统的性能，仿真研究了SC-FDE中加长训练序列与系统性能的关系。重点研究了三类频域均衡算法及其在SC-FDE系统的均衡性能。三种算法具有不同的计算复杂度和均衡性能，在满足系统性能的前提下，不同的信道环境应当采用不同的均衡算法来降低计算复杂度，从而提高系统的可靠性和稳定性。因此，提出了环境自适应频域均衡的概念：根据信道估计的结果来自适应地选取合适的频域均衡算法。10.学位论文雷俊正交频分复用及其同步研究2006凭借在多径信道中高速传输信号的能力，以及均衡简单、抗脉冲噪声和高频谱利用率的优点，正交频分复用在有线与无线通信领域得到广泛应用。但OFDM也有其固有缺陷，比如时域信号过高的峰值平均功率比，对频率偏移的高度敏感，以及无频率分集效应使其误码率性能受信道谱零点的严重影响等。本文主要对OFDM及其同步展开研究。在OFDM的基本原理方面，减小OFDM信号峰均功率比的压扩变换法由于采用非线性的处理方法，多径信道的影响就必须在收端解扩前被完全补偿掉，否则压扩和解扩的效果将无法对消。也就是说，压扩变换法会引入新的负效应，即牺牲了OFDM均衡简单的最大优点。另外，虽然在OFDM系统中引入载波干涉码能产生频率分集效应，并消除峰均功率比问题，但因为载波干涉信号是由正交载波组合而成，仍只能通过傅立叶变换实现，所以载波干涉的OFDM系统其实与单载波频域均衡系统等同。基于循环前缀的传统同步算法定时估计粗糙，频偏估计范围过小，很难直接应用于实际系统。利用循环前缀尾部的符号间干扰较弱的特点，本文提出改进的符号粗同步算法，可有效克服多径信道时延扩展的影响，将定时点集中于第1条到达路径。又注意到由间隔不同的重复信号构成的导言，在不降低估计精度的情况下，可有效扩大频率捕获的范围，本文设计了参差重复导言，并给出相应的频偏估计MMSE算法及其最优解。在随后讨论的适用于DRM/广播系统的完整同步方案中，首次明确地揭示了DRM标准为帧同步设置的差分导频，并提出配套的帧同步和整数频偏估计的联合算法。OFDM以附加循环前缀的微小代价能够实现低复杂度的频域均衡，其实单载波系统也可以利用循环前缀构建频域均衡。而且若改循环前缀为已知的固定信号段，不仅保留循环前缀的原有功能，其固定已知的特性还使之可以被当作训练符号使用。本文最后逐项阐述固定后缀单载波频域均衡系统的诸多优点，探讨其取代OFDM的可能性。本文链接：下载时间：2010年5月4日