基于Costas环的OFDM载波同步算法

针对目前OFDM载波同步算法复杂度高、极耗FPGA资源的问题,提出一种改进方法:对频偏的捕获,在联合使用9个短前导序列和长前导序列估计算法的基础上,采用鉴频环路的方法来消除算法中的除法和取模运算;对于跟踪部分,在使用导频跟踪频偏的基础上,利用Costas环估计相位和剩余频偏;最后综合捕获和跟踪进行系统仿真,得到频偏估计的精度高,范围大,且系统复杂度大大降低的结果.     

基于改进强跟踪无迹卡尔曼滤波的正交频分复用频偏跟踪和估计算法

针对高速运动环境下多普勒效应导致的载波频偏,建立了正交频分复用(OFDM)动态状态空间模型,提出了基于改进的强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF)的频偏跟踪和估计算法。该算法将强跟踪滤波思想跟UKF相结合,通过在计算量测预测协方差和互协方差时引入渐消因子,在调整前一时刻频偏估计误差协方差的同时又控制过程噪声协方差,实时调整增益矩阵,增强了对时变频偏的跟踪能力,提高了估计精度。最后分别在非时变和时变频偏模型下对所提算法进行了仿真验证。仿真结果表明,与UKF频偏估计算法相比,所提算法在时变频偏中具有更好的跟踪和估计性能,在相同误码率(BER)下信噪比(SNR)大约有1dB的提升。     

OFDM基带接收机中残余同步误差的消除

OFDM基带接收机在跟踪阶段仍然残存着同步误差.这些误差尽管数量微小,但会使系统性能严重恶化.本文提出了一种消除OFDM接收机中残余同步误差的方案.与现有方案相比,该方案应用了三种新的算法和技术:载波频率与采样定时误差联合估计的导频辅助递推算法,基于延迟的定时误差校正技术以及基于递推最小二乘(RLS)的判决引导信道增益更新算法.仿真结果表明该误差消除方案能显著地改善OFDM接收机在多径传输环境中的误比特率(BER)性能.     

OFDM系统中基于插值的频率同步

发送端和接收端时钟振荡器的不匹配以及多普勒偏移导致了载波频率偏差.在正交频分复用(OFDM)系统中,这种频率偏移会使信号产生很大的误差,严重影响系统的性能.因此在收发两端进行载波频率同步减小这种偏移是非常必要的.文中提出了一种OFDM系统中基于插值的载波频率同步算法,该算法仅需要一个OFDM训练符号,采用最大似然估计,完成频率偏移的捕获,在算法实现中,插值操作通过频域的循环卷积来完成.基于插值的同步算法独立于可能发生的载波相位偏移,具有很高的稳定性.仿真结果表明,作为一种捕获阶段的同步算法,能够给跟踪阶段一个很好的起点,从而改善系统整体性能.     

多径衰落信道下OFDM系统的符号同步方法研究

由于在正交频分复用(OFDM)的系统中存在符号时间同步误差,为了消除这种误差,提出了工作在多径衰落信道的符号时间频移(STO)估计方法,即基于CP的符号时间偏移估计和基于训练符号的符号时间偏移估计,通过仿真对基于循环序列(CP)估计技术的最大似然法(ML)和基于训练符号的最小均方差异法(Classen)两类性能比较分析,在无载波频移条件下,ML算法精确度更高,当存在载波频移时,Classen算法精确度更高。     

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.     

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。     

Performance study of residual carrier frequency offset estimation methods in OFDM WLAN systems

Residual carrier frequency offset accumulates with time and leads to bit errors on later symbols in an OFDM packet. This paper is concerned with two methods for residual carrier frequency offset estimation, based on the DFT demodulated data of OFDM data symbols at the pilot subcarriers. One method computes an estimate from the phase difference between the data in two (or more) consecutive symbols. The other one, which was recently proposed, finds an estimate from the phase of the data in one (or more) symbol. The latter method requires the a priori knowledge or an estimate of the channel while the former does not. The two methods have been compared by first-order perturbation analysis and simulation. A flaw of the latter method has been identified. Preference should be given to the former method in terms of estimation accuracy and ease of implementation in practical scenarios.     

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。     

基于虚载波的OFDM系统频偏估计算法仿真

正交频分复用（OFDM）技术由于存在诸多优点而得到了广泛的应用,然而容易受频偏的影响是其存在的主要缺点之一。基于虚载波的频偏估计不需要冗余信息,相对于其他方法存在一定的优势。为此进一步研究了该算法,指出该算法中价值函数存在多解问题,从而导致估计频偏与实际频偏之间存在整数倍频差,并进一步提出可以通过选择合适的虚载波来解决该问题,仿真结果证实了其有效性。     

OFDM系统中同步偏差的联合估计算法

研究基于IEEE 802.11a的正交频分复用(OFDM)系统,分析同步偏差对该系统的影响,提出一种联合估计算法。利用导频序列估计频域中OFDM系统的同步偏差,包括符号定时偏差、载波频率偏差和采样时钟频率偏差。仿真结果证明,该算法的误包率较低,能较好地应用于OFDM系统。     

基于FPGA的猝发式直扩载波同步技术研究与实现

针对短时猝发式直扩系统中大频偏情况下信号载波的捕获和跟踪问题,提出了一种集扫频、FFT频率估计和数字锁相环技术于一体的载波同步实现方案。基于Matlab进行方案仿真和基于FPGA平台进行硬件实现,并通过EDA软件SignalTap工具实时捕获数据完成方案可行性验证。结果表明,该方案可以满足系统设计要求。     

OFDM水声通信载波频偏估计LS拟合算法

OFDM水声通信系统对载波频率偏移非常敏感,很小的频率偏移就会使系统的性能显著下降。首先分析了由载波引起的载波间干扰,将其等效为系统信噪比的降低。针对OFDM系统利用循环前缀的频率偏移估计精度不高的问题,提出了一种基于循环前缀的频偏估计LS拟合算法（CPLS）,该算法可显著提高频率偏移的估计精度。研究结果表明,同利用循环前缀的频率偏移估计方法相比,基于循环前缀频率偏移LS拟合算法的OFDM水声通信系统能够工作在更低的信噪比情况下。     

Optimal pilots design for frequency offsets and channel estimation in OFDM modulated single frequency networks

Optimal pilot design and placement for both the frequency offsets and channel estimation in Orthogonal Frequency-Division Multiplexing modulated Single Frequency Network are treated.Unlike the conventional frequency-domain filter-based algorithms,the proposed pilot of each transmitter can always be demodulated at the receiver even if the received pilots of multiple transmitters are totally overlapped.Although the channel state information is needed in designing the proposed pilot for carrier frequency offset(CFO)estimation,the performance of the proposed CFO estimation is robust to the channel estimation error.The optimal pilot as well as the Least-Squares(LS)channel estimator is also proposed,and the pilot for channel estimation is always a constant-modulus.A joint frequency offset and channel estimation scheme is also proposed,and the transmitters can adaptively optimize their pilots in the successive transmissions using the estimation results feedback in the former transmission.Simulation results demonstrate the performance of the proposed algorithm in terms of frequency offset and channel estimation accuracies.Since multiple copies of the same information can be received at each receiver,some combining technologies such as equal gain combining(EGC)or maximal ratio combining(MRC)can be applied at the receiver to improve the receiving diversity gain.Numerical results show that in a scenario of two transmitters with a Signal-to-Noise Ratio of 20 dB,the Bit Error Rate(BER)of1.5×10-4(or 1×10-4)can be obtained at the receiver using EGC(or MRC),and this BER performance can be improved to be 4×10-6for EGC(or 2×10-6for MRC)by considering three co-receiver transmitters.     

基于Matlab的OFDM系统仿真与性能分析

正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是第四代移动通信技术的关键技术。文章首先简要介绍了OFDM的基本原理和主要结构,建立了系统仿真模型,对系统的载波同步和信道估计进行了分析。通过训练符号结构和频偏判决函数来完成频偏估计,给出了具体的算法并基于所建模型,给出了系统的星座图和短训练和长训练相关值曲线。仿真结果表明,所建模型能够很好地验证理论分析结果。     

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。     

适用于恒定模值调制的OFDM系统的载波频偏跟踪算法

OFDM系统对载波频偏十分敏感.提出一种适用于恒定模值调制的OFDM系统的载波频偏跟踪算法.基于信道频率响应已经由帧前部的训练符号估算出来并且在一个帧内保持不变这一合理假设,本文证明可以通过最小化接收信号和已知信道频率响应的能量差来获得频偏估计.文中详细分析算法的可分辨性问题并且给出算法的简化形式.然后理论推导出算法估计的均值和均方差.最后分析了信道估计误差对算法性能的影响,结果显示本算法对信道估计误差不敏感.仿真结果表明较之于现有方法,该跟踪算法有更好的误码率性能.     

WLAN中OFDM系统载波频率同步算法研究

针对OFDM技术中的载波频率同步问题,分析了载波频率偏差对OFDM系统造成的影响,总结了基于IEEE802.11标准的三种常见的频偏估计算法:基于循环前缀的最大似然算法、基于训练序列的时域相关算法和基于导频的频域相关算法,提出一种基于训练序列和导频的联合载波频偏估计算法。性能仿真结果表明,该联合估计算法在估计范围和估计精度上具有明显的优势,适合实际工程应用。     

地空信道下基于OFDM/OQAM系统的时频同步算法

针对正交频分复用/交错正交幅度调制（OFDM/OQAM）系统无循环前缀而对时偏误差敏感,以及在具有大多普勒频移的快时变地空信道下对频偏估计要求较高的问题,提出了一种适用于地空信道OFDM/OQAM系统的自相关估计（ACE）时频同步算法。该算法中符号定时采用较少的辅助序列实现快速捕获和定时,频偏估计通过优选同步自相关序列进行两次自相关运算,将两次运算估计的频偏值进行加权平均,获得最终频偏估计值。在计算机上进行仿真,其中与改进最小二乘（MLS）算法和训练序列（TR2）算法相比,ACE算法符号定时相关峰值对比度提高至原来的3倍;在飞行状态下系统误码率（BER）为10^-2时有10dB信噪比增益,在地空信道到达状态下BER为10^-3时有3dB信噪比增益。仿真结果表明,ACE算法进一步提升了时频同步精度和误码性能。