基于OFDM的UWB系统中同步技术的研究与实现

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近年来,超宽带(UWB)技术作为一种新型短距离无线通信技术,凭借数据传输速率高、功耗低、安全性好等优点已成为无线通信领域研究的热点。基于OFDM调制技术的UWB系统(OFDM-UWB系统)继承了OFDM技术抗多径干扰能力强、频谱利用率高,易于实现等优势,但与常规OFDM系统一样,它对定时和频率偏移特别敏感,所以本文主要针对此系统,研究定时和频率同步技术与同步实现方案。   本文首先介绍了OFDM技术包括其基本原理和典型结构,分别讨论了各种非理想同步因素对OFDM系统的影响。其次介绍了ECMA-368标准物理层方案和UWB信道特点。在上述工作基础上,对OFDM-UWB系统中的同步技术进行了研究,着重对基于训练序列的同步算法做了分析与比较。在现有的基于收集多径能量的同步算法基础上给出了一种改进方案,该方案主要结合了UWB信道特点,对接收数据进行互相关、延迟复乘后的结果进行加权累积运算,代替了以往的平滑求和运算。通过选取与信道多径功率时延分布近似的加权系数对信道多径能量进行加权累积,能够达到对多径能量匹配的效果。仿真结果表明此改进方案能够获取比较明显的峰值,利用此峰值可以实现较准确的定时。   本文从实现角度考虑,针对课题组所提出的物理层方案,给出了一套包括定时和频偏估计的同步实现方案。其中定时方案是在帧检测给出粗略定时位置基础上,通过对比粗略定时位置附近的延迟复乘结果和门限值的大小获取第一有效到达径的位置,此门限是根据收集到的多径能量设定的。利用此定时方案还可以在时域上估计多径信道的长度,而频偏估计方案正是利用这一点,通过对此长度范围内的多径分量相加取平均后求相角即可实现频偏估计。为提高定时和频偏估计的性能,本方案中联合使用了多个同步符号。本文最后对此同步方案进行了浮点、定点仿真和Verilog实现。
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