正交頻分復用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技術因其具有高自由度、高頻譜利用率、強抗多徑衰落能力等諸多優(yōu)點而在多種通信領域中扮演著越來越重要的角色。而隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的順利實施,基于OFDM的海上無線通信技術越來越受到社會的廣泛關注。但是,一方面目前國內(nèi)外還沒有針對海上傳輸環(huán)境提出一套完整的信道建模標準,OFDM技術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)到達接收端的時間不同,導致接收端難以估計出每一幀的正確起始位置,從而造成定時估計出現(xiàn)偏差。同時,船體間的相對運動以及收發(fā)晶振的不匹配都會引起頻率偏差。因此,為保證在接收端能正確進行數(shù)據(jù)解調(diào),必須要對定時偏差和頻率偏差進行估計和補償。本文在建立海上無線信道模型基礎上,重點對OFDM系統(tǒng)中定時同步和頻率同步技術進行深入研究,主要包括:1)在小尺度物理光學(Physical Optics,PO)模型的基礎上,首次考慮了海浪高度對接收信號的影響以及船體之間相對運動引起的多普勒效應,提出適用于海上無線通信的動態(tài)多徑信道模型。提出的模型相較于PO模型,更加全面、真實地反映了海上實際通信信道特性。2)針對海上信道下的定時同步問題,在分析經(jīng)典定時偏差估計算法在海上信道環(huán)境中性能表現(xiàn)的基礎上,提出了一種基于恒包絡零自相關(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列的改進訓練序列結構。該序列結構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)時定時不準確的問題。仿真結果表明,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確找到定時位置。3)針對海上信道下的頻偏估計問題,在分析經(jīng)典頻偏估計算法在海上信道環(huán)境中性能表現(xiàn)的基礎上,提出了一種基于子載波間干擾(Inter Carrier Interference,ICI)自抵消技術的頻偏估計算法。該算法在Moose算法基礎上通過重新設計導頻序列并在接收端引入自抵消技術,降低了ICI對接收信號的影響,從而提高頻偏估計精度。仿真結果表明,在海上動態(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OFDM系統(tǒng)物理層接收機同步模塊整體方案完成FPGA實現(xiàn)。并針對幀同步模塊提出了一種降低硬件實現(xiàn)復雜度的方案。該方案通過重新定義判決函數(shù),使得每一次的復數(shù)乘法運算都可以省去兩次加法運算。結果表明,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%。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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 實現(xiàn)加，經(jīng)過 1024 個時鐘的累加運算之后，將最終的累加值輸入 CORDIC 核，CORDIC核通過輸入的實部和虛部數(shù)據(jù)計算并輸出相角值，得到當前幀的小偏估計值。對粗小偏估計模塊進行綜合前仿真時，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 的仿真結果與 Matlab 仿真結果對比，以驗證該模塊的正確性。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整偏估計模塊時序圖對整偏估計模塊進行 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精定時模塊時序圖對精定時估計模塊進行 Modelsim 仿真，仿真波形圖如圖 5.12 所示：

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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

本文編號：2818731