基于时频联合的OFDM系统载波频偏估计方案及FPGA实现*

提出了一种完整的OFDM时频联合载波频偏估计方案。首先利用时域插入的CAZAC前导码进行符号粗同步和时域小数频偏估计,然后使用频域插入的连续导频对FFT解调后的数据进行整数频偏估计,最后使用相邻符号的连续导频对残余的相位误差进行跟踪,得到精确的载波频率同步。给出了算法各部分的FPGA实现框图和硬件电路实测效果。仿真结果表明,本方案可以对±N/2个子载波间隔内的载波频偏实施快速捕获与跟踪,估计精度达到10-3～10-4,具有很好的工程实用性。     

MC-DS-CDMA系统载波频偏估计的隐导频算法

针对多载波直扩码分多址（MC-DS-CDMA）系统上行链路的多用户载波频偏（CFO）,提出了一种基于隐导频的载波频偏估计算法．该算法利用信息符号和隐导频信号的不同统计特性,在接收端分段近似分离出仅包含对应用户的隐导频信号成分,经过幅角提取得到各用户的载波频偏估计值．该算法能节约信号发送带宽并且计算复杂度低,适合在载波频偏细估计阶段跟踪频偏．仿真结果表明,该算法在使用较低隐导频功率时的频偏估计误差也能满足正交频分复用（OFDM）系统对频偏误差的要求．     

基于自相关函数的前向载波频偏估计算法

为解决前向载波频偏估计中捕获范围和估计精度矛盾的问题,在最大似然准则的基础上,同时利用短时延自相关函数捕获范围广和长时延自相关函数估计精度高的优点,给出了一种捕获范围宽、估计精度高,计算复杂度低的频偏估计方法.该算法将不同时延情况下得到的粗略估计值进行加权求和以得出精确频偏估计值,兼顾了不同时延的优点,同时在不同的信噪比情况下可以设置不同的加权系数,使得算法更能适应不同的信噪比.计算机仿真结果表明了该算法估计精度高、捕获范围广和计算复杂度低的性能.     

CMMB接收机同步优化方案

针对中国移动多媒体广播系统对同步偏差非常敏感的特性,提出一种优化同步方案。该方案充分利用同步信号和离散导频的相关性,达到高精度、低复杂度的符号同步、频偏捕获以及频偏跟踪的目的。仿真结果表明,该同步方案在-2 dB SNR,300 Hz多谱勒的TU6信道下达到良好的同步捕捉、跟踪效果,频偏估计的均方根误差仅是传统算法的50%。     

正交频分复用系统中载波频偏的估计

针对正交频分复用系统中非理想前端因素同时存在的情况,提出一种在I/Q失配存在的条件下载波频偏的估计算法。该算法利用三个连续的前导符在频域推导出两种不同估计算法,根据噪声及I/Q失配程度将载波频偏划分为两区间分别选用不同算法进行估计。仿真结果表明,该算法在频率相关和频率无关I/Q失配条件下均能有效地准确估计载波频偏。     

一种低复杂度的载波偏移估计算法

针对载波偏移引起OFDM系统的严重子载波干扰和性能下降这一问题,提出一种在承载数据子载波中间插入不承载数据的子载波的算法,算法是通过从时域OFDM符号的前半部分和后半部分的相位差获取频率偏移的信息来估计频偏的。这种算法不仅计算复杂度较低,而且估计准确,在多径信道条件下频偏校正后系统的性能能基本接近信道理想估计条件下的误比特率。     

正交频分复用系统中的载波频偏估计方案

针对正交频分复用( OFDM)系统中模拟前端的非理想因素(包括载波频偏和I/Q失配等)对系统性能的影响,提出一种在频域对非理想因素进行载波频偏估计的方案。根据ECMA-368标准建立信号模型,在频域对3个连续前导符进行处理,并采用余弦函数算法与正切函数算法对载波频偏进行估计。仿真结果证明,与传统载波频偏估计方案相比,当噪声干扰或I/Q失配程度较大时,该方案仍具有较高的估计精度,增强了OFDM系统的鲁棒性。     

MC-CDMA系统载波频偏估计

多载波码分多址（MC-CDMA）系统的微小载频偏移将破坏子载波之间的正交性,恶化系统性能,因此需要载频偏移估计和补偿;各个载频偏移的最大似然估计是个多维的全局搜索过程,计算复杂。提出一种MC-CDMA系统上行链路的基于粒子群算法的多用户频偏估计算法,降低了频偏估计方法的计算复杂度。仿真结果表明,基于粒子群算法的MC-CDMA系统多用户频偏估计方法的估计性能好,其均方误差小于基于虚拟子载波的多用户频偏估计的均方误差。     

MB-OFDM UWB系统频偏估计方法改进研究

针对多带OFDM超宽带(MB-OFDM UWB)系统,依据物理层国际标准ECMA-368,对现有的频偏估计方法做了改进,提出了一种高性能、低复杂度、高鲁棒性的联合载波和采样频偏估计方法。该方法在SC算法基础上,通过选择合适的相关距离,使频偏估计算法适合于所有的跳频模式,同时也改善了估计性能。仿真结果表明,新方法在保证估计性能的基础上可有效降低复杂度,适合于高速MB-OFDM UWB系统。     

基于数据相关叠加训练序列的载波频偏与信道联合估计

针对正交频分复用(OFDM)系统对载波频偏敏感的问题,提出一种载波频偏与信道的联合估计算法。通过相邻2个OFDM符号间的相位差进行频偏估计,使用迭代算法提高估计精度。利用数据相关叠加训练序列在频域的特性,对2个连续的OFDM符号进行信道估计,并且采用基扩展模型拟合信道提高估计性能。仿真结果表明,该算法可在不增加系统复杂度及带宽的情况下实现载波频偏及信道的稳健估计。     

一种高速场景中的前导序列设计与检测方案

针对高速移动场景下的随机接入过程中大多普勒频移导致系统解调性能恶化的问题,提出一种随机接入前导序列设计与检测方案。该方案利用频率偏移引起的相关函数峰值偏移距离与Zadoff-Chu(ZC)序列根索引的关系,将两个共轭对称的前导序列组合为一个新的随机接入前导序列,并针对该序列进行两级联合检测。仿真结果表明,与传统LTE标准中使用的限制集相比,该方案不仅提高了可用前导序列数量,还可有效地避免了整数倍频偏对定时估计误差的影响,增强了在高载波频率及高速移动场景下的随机接入检测性能。     

LTE-A系统中物理随机接入信道信号检测的仿真与实现

根据多普勒频移对物理随机接入信道（PRACH）信号检测产生的影响进行分析,划分出了中速、高速、超高速三种模式,并提出相应改进的信号检测算法。对中速模式,提出了基于频偏校正的前导检测算法;对高速模式,提出了多重滑窗峰值检测算法;对超高速模式,提出了基于整数倍子载波的频偏补偿前导检测算法。仿真结果表明,不同场景下PRACH信号通过加性高斯白噪声（AWGN）信道传输,接收端虚警率性能至少改善了3.8 dB;通过扩展典型城市信道模型（ETU）信道传输,虚警率性能至少提升了1 dB。与频域相关检测算法相比,所提算法提高了前导信号成功检测概率,减少了接入时延。     

MIMO OFDM系统联合时频同步算法

为了解决多输入多输入多输出(Multiple imput multiple output,MIMO)正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统的时间和频率偏移估计问题,提出了一种基于恒幅零自相关(Constant amplitude zero auto correlation,CAZAC)序列的联合时频同步算法。同步前导包括两个相同长度的训练符号。在接收端,分别计算两个本地训练序列与接收信号的互相关,利用CAZAC序列的特性可以检测出所有收发天线对之间的时间偏移和整数频率偏移;然后对接收信号进行整数频偏补偿,利用两个训练符号之间的关系可以估计出小数频率偏移。分析和仿真结果表明,该算法与传统的同步算法相比,不但具有更高的同步概率,而且能够估计出所有收发天线对之间的频率偏移。     

LoRa物理层同步及解调性能研究

针对现有的基于FFT的同步算法误差较大的问题,提出了一种优化的LoRa物理层前导码同步方法。首先,根据Chirp信号的时频转换特性,分别采用差分算法和插值算法对前导信号的归一化的小数频偏和小数时延进行估计,在此基础上采用基于FFT同步的联合估计算法对整数频偏和整数时延进行估计;之后,从理论上分析残余的同步误差对LoRa信号解调性能的影响。仿真结果表明,所提出的同步方案可以在相应信噪比极限下满足解调性能要求。     

802.16e系统同步方法

针对基于802.16e前导周期性的同步方法在有相邻扇区干扰情况下失效的问题,提出一种基于前导时域共轭对称性的同步方法。该方法可同时完成帧检测、符号定时和载波频偏估计,简化系统同步模块的复杂度。仿真结果表明,即使在扇区干扰严重的多径信道环境下该同步方法依然可以获得较好的性能。     

改进CAZAC序列的OFDM时频同步算法

针对先前一些算法存在定时模糊以及存在较大干扰峰干扰的问题,提出了一种基于加权CAZAC序列的OFDM系统同步方案。利用训练序列共轭对称特性进行符号定时和频偏估计。利用训练序列延迟相关和对称相关的特点进行定时和粗频偏估计,能够有效抑制干扰从而得到更好的估计性能。利用循环前缀的冗余信息进行小数倍频偏精细估计。此外分析了整数倍频偏对时域CAZAC序列的影响。采用时域循环移位进行整数倍频偏估计。通过与其他算法的仿真对比可以得出,多径衰落信道下所提算法能够取得较高的定时准确率和频偏估计精度。     

CAZAC改进帧同步检测方案

提出了一种基于CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto Correlation）的改进帧同步检测方案。首先,利用CAZAC序列作为短训练序列来改变IEEE 802.11a系统标准前导结构,并增加用于粗频偏估计的短训练序列个数;其次,在使用延时相关帧检测的基础上,结合短训练序列的互相关信息共同完成帧同步检测。由于CAZAC序列良好的自身特性以及互相关信息的辅助,使得帧同步检测更加准确,粗频偏估计的性能也有所提高,大频偏下仍得到稳定的性能。仿真结果显示,在多径时延为100 ns,频偏为200 kHz时,与传统方法比较能得到约2 dB的增益。     

Blind synchronization scheme using the conjugate characters of the OFDM BPSK-modulated symbol

Previously, Beek?s scheme for timing and frequency offset estimation in the OFDM system employs cyclic prefix (CP) has been proposed under the assumption of independent identified distributed (i.i.d.) OFDM symbols. Actually, the real data in the OFDM modulated symbol, transferred by the inverse fast Fourier transform (IFFT), has the characters of complex symmetry. With these characters, more information in the whole OFDM symbol could be used for the timing and frequency offset estimation. In this paper, two conjugate symmetry characters of the OFDM BPSK-modulated symbol are used to achieve blind timing estimation algorithm in the OFDM systems. One is symbol-based symmetry and the other is CP-based symmetry. With these two conjugate characters applied to the proposed algorithm, the timing of the OFDM BPSK-modulated symbol could be derived. Under an AWGN channel, based on the performance of lose symbol timing rate and estimator mean square error, the proposed algorithm is with a tremendous improvement compared with Beek?s estimation method. Under a multipath fading channel, the results show that performance including lose symbol timing rate and estimator MSE with the proposed algorithm is better than those algorithms with Beek?s estimation method. In practical OFDM applied system, the OFDM BPSK-modulated symbol could be used to replace the preamble or training sequences in the standard to obtain an accurate timing and frequency offset estimation and to avoid the data rate decreasing with the proposed algorithm.