OFDM关键技术及其在WLAN系统中的应用研究

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正交频分复用(OFDM)技术是一种将高速串行的数据流分成多个并行的低速率的数据流,每组并行的数据流分别通过IFFT方法将数据调制到正交的子载波上的技术。由于该技术的频谱利用效率高、抗多径性能好,随着FFT的快速实现,其很快在无线局域网(WLAN),数字音讯(DAB),数字电视(HDTV),甚高速数字用户线(VDSL),PLC(电力线载波)等通信系统中得到广泛的应用,并成为4G的主流技术。 本论文的课题背景是国家863资助课题(2003AA1Z1210)“无线局域网系统芯片设计”。论文主要集中于OFDM技术的研究,包括OFDM关键技术的研究及其在无线局网中的应用。工作如下: 建立了OFDM系统的数学模型及相应的无线信道模型,在此基础上对OFDM系统中的关键算法进行研究: 1.分析了一种能有效抑制峰平比回升的限幅滤波方法,并在此基础上提出了一种基于硬件实现的改进算法。改进后的算法虽然在星座图上收敛性稍劣于改进前的算法,但是其实现的硬件资源远小于原算法,硬件资源的利用率远高于原算法,在接收机的要求也比原算法宽松。 2.分析一种OFDM符号中没有虚拟子载波组成的载波频偏估计的最大似然算法,根据不同的OFDM符号部分将估计算法分为盲估计和数据辅助估计,并分别在高斯信道和多径信道环境下进行分析和仿真。从仿真结果我们发现数据辅助估计性能优于盲估计,因此数据辅助估计可考虑用于对精度要求较高的载波频偏估计,在数据发送期间可以用盲估计对载波频偏进行跟踪。 3.提出了一种基于多个(大于两个)训练序列的载波频偏估计算法,同时给出关键参数M的分类策略及仿真结果。我们认为,FOFC算法最优且最接近理想值,适合用作理论分析和参考算法;FOPC算法较FOFC算法在牺牲性能不大的情况下使运算量大大降低,适合在工程中进行应用。 在对关键算法研究的同时,论文还研究了OFDM技术在无线局域网中的应用: 1.提出了一种基于无线局域网协议IEEE802.11a的通信系统解决方案,在方案中对数据流的处理进行了详细的功能划分和说明。 2.提出了一种无线局域网通信系统中抑制峰平比过高的方案。针对厂家提供的IP核与项目需求之间的差异,我们提出了一种位选取方案。该方案基于以下原则:OFDM系统中出现过大或者过小的峰值概率都是非常小的,我们在位选取过程中尽大可能保留概率出现最大的数值不被丢失。经过计算机仿真,我们的方案在星座图上具有较好的收敛性能。 3.提出了一种基于IEEE802.11a改进型序列。改进之后的序列经过插值操作和IFFT变换后生成的四个短序列码能完成整数载波频偏估计和小数载波频偏估计,相对于传统的无线局域网载波频偏解决方案,不但在性能上有所提升(仅包括短训练序列),而且增大了算法的估计范围,具有明显的高数据利用率。同时该算法可适用于无线局域网的载波频偏解决方案。计算机仿真表明,算法性能简化前后变化不大,可易于工程实现。
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