正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)因其具有高自由度、高頻譜利用率、強(qiáng)抗多徑衰落能力等諸多優(yōu)點(diǎn)而在多種通信領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。而隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的順利實(shí)施,基于OFDM的海上無線通信技術(shù)越來越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。但是,一方面目前國(guó)內(nèi)外還沒有針對(duì)海上傳輸環(huán)境提出一套完整的信道建模標(biāo)準(zhǔn),OFDM技術(shù)在海上信道中的性能表現(xiàn)尚不明確。另一方面,在海上多徑信道中,數(shù)據(jù)到達(dá)接收端的時(shí)間不同,導(dǎo)致接收端難以估計(jì)出每一幀的正確起始位置,從而造成定時(shí)估計(jì)出現(xiàn)偏差。同時(shí),船體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及收發(fā)晶振的不匹配都會(huì)引起頻率偏差。因此,為保證在接收端能正確進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào),必須要對(duì)定時(shí)偏差和頻率偏差進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。本文在建立海上無線信道模型基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)OFDM系統(tǒng)中定時(shí)同步和頻率同步技術(shù)進(jìn)行深入研究,主要包括:1)在小尺度物理光學(xué)(Physical Optics,PO)模型的基礎(chǔ)上,首次考慮了海浪高度對(duì)接收信號(hào)的影響以及船體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng),提出適用于海上無線通信的動(dòng)態(tài)多徑信道模型。提出的模型相較于PO模型,更加全面、真實(shí)地反映了海上實(shí)際通信信道特性。2)針對(duì)海上信道下的定時(shí)同步問題,在分析經(jīng)典定時(shí)偏差估計(jì)算法在海上信道環(huán)境中性能表現(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于恒包絡(luò)零自相關(guān)(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列的改進(jìn)訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)。該序列結(jié)構(gòu)著重解決了原算法在系統(tǒng)中存在頻偏且頻偏值整數(shù)部分為奇數(shù)時(shí)定時(shí)不準(zhǔn)確的問題。仿真結(jié)果表明,無論系統(tǒng)中是否存在頻偏,所提算法相較于原算法都能準(zhǔn)確找到定時(shí)位置。3)針對(duì)海上信道下的頻偏估計(jì)問題,在分析經(jīng)典頻偏估計(jì)算法在海上信道環(huán)境中性能表現(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于子載波間干擾(Inter Carrier Interference,ICI)自抵消技術(shù)的頻偏估計(jì)算法。該算法在Moose算法基礎(chǔ)上通過重新設(shè)計(jì)導(dǎo)頻序列并在接收端引入自抵消技術(shù),降低了ICI對(duì)接收信號(hào)的影響,從而提高頻偏估計(jì)精度。仿真結(jié)果表明,在海上動(dòng)態(tài)多徑信道模型中,所提算法相較于Moose算法,性能提升約為3dB。4)面向海上無線通信環(huán)境針對(duì)OFDM系統(tǒng)物理層接收機(jī)同步模塊整體方案完成FPGA實(shí)現(xiàn)。并針對(duì)幀同步模塊提出了一種降低硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的方案。該方案通過重新定義判決函數(shù),使得每一次的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算都可以省去兩次加法運(yùn)算。結(jié)果表明,提出方案在FPGA查找表和寄存器資源占用上相比原方案各減少了49.7%和32.8%。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.53
【部分圖文】：

第五章 海上無線通信環(huán)境下同步方案 FPGA 實(shí)現(xiàn)加，經(jīng)過 1024 個(gè)時(shí)鐘的累加運(yùn)算之后，將最終的累加值輸入 CORDIC 核，CORDIC核通過輸入的實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)計(jì)算并輸出相角值，得到當(dāng)前幀的小偏估計(jì)值。對(duì)粗小偏估計(jì)模塊進(jìn)行綜合前仿真時(shí)，首先用 Matlab 產(chǎn)生數(shù)據(jù)源，在 Vivado 中編寫 testbench 將數(shù)據(jù)源讀入，并將 Modelsim 的仿真結(jié)果與 Matlab 仿真結(jié)果對(duì)比，以驗(yàn)證該模塊的正確性。Modelsim 的仿真波形圖如圖 5.6 所示：

第五章 海上無線通信環(huán)境下同步方案 FPGA 實(shí)現(xiàn)i_rst1 2 3 4······ 1024······1 2 34mult_out ······1024data_corr(1)1 2 3 4······ 852o_IFS_enov_IFS IFS ······iv_dataRi_data_en6852data_corr(50)1 2 3 4······ 852852······50550i_clki_clk圖5.8整偏估計(jì)模塊時(shí)序圖對(duì)整偏估計(jì)模塊進(jìn)行 Modelsim 仿真，仿真波形圖如圖 5.9 所示：

i_rst1 2 3 4······ 1024······mult_outcordic_out1 2 3 4······ 852o_FSS_eno_FSS_est FSS ······iv_dataRi_data_en6852sum_angle1 2 3 4······ 85285221 2 3 4······ 852mult_out_1 1 ······4······2i_clki_clk0圖5.11精定時(shí)模塊時(shí)序圖對(duì)精定時(shí)估計(jì)模塊進(jìn)行 Modelsim 仿真，仿真波形圖如圖 5.12 所示：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 郭欣欣;吳長(zhǎng)奇;司瑞華;蘇立娟;;循環(huán)前綴中插入四元序列的頻偏估計(jì)研究[J];無線電通信技術(shù);2011年05期

本文編號(hào)：2818731