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超宽带(UWB)是一种短距离线通讯技术,具有信号功率谱密度低、系统耗电量少、复杂度低、定位精度高等优点,是无线通信领域研究的热点之一。正交频分复用(OFDM)技术凭借其高速数据传输的能力,很好地对抗频率选择性衰落或窄带干扰以及对频谱资源的灵活利用等特点成为下一代移动通信的关键技术之一。OFDM-UWB方案融合了UWB和OFDM技术,成为超宽带主流方案,ECMA-368标准就是基于此方案的高速超宽带国际标准。
本论文着重研究OFDM-UWB系统中的同步技术,提出了适用于超宽带系统的同步方案,给出所提算法的性能仿真,并完成同步模块基于FPGA的硬件实现。
首先在介绍了UWB的背景知识和OFDM系统基本原理的基础上,详细分析了OFDM系统的同步技术以及非理想同步因素对系统性能的影响,并介绍了OFDM系统中几种典型同步算法。
本文第二部分针对UWB系统的通信条件并结合UWB物理层帧结构,提出了合适的同步方案。首先介绍了OFDM-UWB系统物理层帧结构以及超宽带信道模型。在此基础上采用了基于本地序列与接收信号互相关的同步算法,并提出改进使其可以收集接收信号的多径能量。为简化算法的硬件实现,并做出了进一步的改进,用训练序列的符号位代替训练序列本身去做相关,可减小计算复杂度。由算法的性能仿真结果表明,该方法适用于超宽带系统低信噪比和密集多径的信道环境,即使在较为恶劣的信道环境下也能获得较好的性能。
最后详细介绍了同步模块硬件实现的电路结构及实现结果。同步模块上要包括帧检测模块、符号定时模块和频偏估计模块,首先分别给出了它们的电路结构、数据处理流程以及工作时序安排,最后给出了整个同步模块硬什实现的最高工作时钟频率和FPGA资源占用情况。