（通信与信息系统专业论文）中继系统同步技术研究.pdf

摘要 摘要 将中继与正交频分复用技术相结合的通信系统既可以通过中继获得空间分集的优势，克服信道衰落， 提高无线系统的通信质量，又可以通过正交频分复用技术有效抵抗信道频率选择性衰落，成为研究热点。 然而由于中继节点分布于通信网络中。发送数据之间存在相对延时，同时还分别受到不同频偏影响，使 得中继系统的同步问题比点对点系统更加复杂。 本文对中继传输系统中的同步技术进行了深入的研究，给出了在接收端同时估计多个中继节点的同 步参数的方案，研究主要包括定时算法和频偏估计算法。 首先，论文分析了各种同步误差对中继系统性能的影响，其中包括符号定时偏差和载波频率偏差对 接收端频域解调数据的影响。 接着，论文对中继系统的定时算法以及训练序列设计进行了研究。设计不等周期的训练序列进行粗 定时同步。在此基础上利用恒幅零自相关序列的互相关性进行精确定时同步。本文提出的定时算法实现 了在一个o f d m 符号内同时估计多个中继信号延时。 最后。论文研究了中继系统的频偏估计算法以及导频序列设计。将传统的m o o s e 算法推广到中继系 统中分析了其中存在的干扰，通过设计训练序列，减小干扰，提高算法性能。在最大似然频偏估计算 法的基础上，研究了迭代多频偏估计算法，对频偏估计的克拉美罗界进行分析，通过设计导频符号，优 化算法性能。分析推导了基于导频的简化m l 频偏估计算法以及快速算法，给出了相应的导频设计准则。 研究了m l 整数频偏估计算法，给出了满足估计一致性的导频设计准则。 关键字：中继系统，o f d m 技术，定时算法，频偏估计算法，导频设计 a b s t r a c t c o o p e r a t i v er e l a yc a l le x p l o i ts p a c ed i v e r s i t y t oc o m b a tc h a n n e lf a d i n ga n di m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c e m e a n w h i l e ，o f d mi sr o b u s ta g a i n s tf r e q u e n c y s e l e c t i v ef a d i n g s o ，t h ec o m m u n i c a t i o n5 y s t e mc o m b i n g f e i a y a n do f d mh a s 黜a c t e dm o f ea t t e n t i o n h o w e v e r , b e c a u s et h er e l a y n o d e sa ted i s t r i b u t e di nt h ew i f e l e s s n e t w o r k i nw h i c ht h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et r a n s m i s s i o nd e l a y sa n df r e q u e n c y o f f s e t sa r en o tn e g l i g b i e ，t h e s y n c h r o n i z a t i o nt e c h n i q u e sa r em o r es o p h i s t i c a t e dt h a np o i n t - t o p o i n ts y s t e m p r o p o s i n gt h es c h e m eo fe s t i m a t i n gm u l t i p l er e l a y ss y n c h r o n i z a t i o np a r a m e t e r ss i m u l t a n e o u s l y ，t h i s p a p e p u t se m d h a s i so nt h er e s e a r c ho f t h es y n c h r o n i z a t i o nt e c h n i q u e so fr e l a ys y s t e m ，w h i c hi n c l u d ec 0 7 r e 5 p o n d i n g t i m i n ga n df r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o na l g o r i t h m s f i r s t l y t h ei n f l u e n e e so fk i n d so fs y n c h r o n i z a t i o ne r r o r st ot h ep e r f o r m a n c eo fr e l a ys y 5 t e m 盯ea n a i y z e d ， i n c l u d i n gt h ei n f l u e n c e st 0t h ed e m o d u l a t e ds y m b o l si nt h ef r e q u e n c yd o m a i n c a u s e db ys y m b o lt l m l n go f f s e t s a n dc a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e t s t h e n m et i m i n ga l g o r i t h ma n dt r a i n i n g s e q u e n c e a l ei n v e s t i g a t e d b a s e d o nt h ec o a r 3 et l m i n g s v n c h r o n i z a t i o nr e a l i z e db yu n e q u a lp e r i o dt r a i n i n gs e q u e n c e ，a c c u r a t et i m i n gs y n e h r o n i z a t i o n i s1 m p i e m e n t e d b yu t i l i z i n gt h ec r o s s c o r r e l a t i o np r o p e r t yo fc o n s t a n ta m p l i t u d e z e r oa u t oc o r r e l a t i o ns e q u e n c e s t h ep r o p o s e d t i m l n ga l g o r i t h mr e a l i z e se s t i m a t i n gm u l t i p l er e l a y st i m i n gp a r a m e t e r s i no n eo f d ms y m b 0 1 f i n a l ly t h ei n t e 彘r e n c eo ft h et r a d i t i o n a lm o o s ea l g o r i t h me x t e n d e dt ot h er e l a ys y s t e m i sa n a l y z e d w i t h t h es p e c i a l l yd e s i g n e dp i l o ts y m b o l ，t h ei n t e r f e r e n c ei sd i m i n i s h e d ，w h i c hi m p r o v e t h ep e r f o m a n c eo fm o o s e a 1 9 0 r i t h n li nr e l a ys y s t e m o nt h eb a s i so fm a x i m u ml i k e l i h o o df r e q u e n c y o f f s e t se s t i m a t i o na 1 9 0 r i t h m t h e i t e r a t v ee s t i m a t i o no ff r e q u e n c yo f f s e t sa l g o r i t h ma r er e s e a r c h e da n dt h ec r a m e r r a o b o u n d a r yl sa n a l y z e d u t i l i z i n gt h ed e s i g n e dp i l o ts y m b o l ，p e r f o r m a n c eo f t h ei t e r a t i v ea i g o r i t h mi si m p r o v e d t h ep i l 0 - b 鹊e d s i m p l i f i e dm la n df a s ta l g o r i t h m f o rf r e q u e n c yo f f s e t se s t i m a t i o ni nr e l a ys y s t e m a r ed e d u c e d , w i t ht h e c o r r e s p o n d i n gd e s i g nc r i t e r i o no fp i l o ts y m b 0 1 t h em l a l g o r i t h mf o ri n t e g e 7f r e q u e n c yo 侬e t se s t im a t l o n i s i n v e s t i g a t e d t oo b t a i nt h ec o n s i s t e n c eo fe s t i m a t i o n ，t h ep r o p o s e dm e t h o d e m p i o y st h ep r e a m b i ea c c o r d l n gt 0 t h ep r o p o s e dd e s i g nc r i t e r i o n k e yw 。r d s ：r e l a ys y s t e m ，o f d mt e c h n i q u e ，t i m i n ga l g o r i t h m ，f r e q u e n c y 。i t s e t e s t i m a t i 。na l g 。r i t h m ，p i l 。t d e s i g n i i 东南大学硕士学位论文 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 研究生签名： 吱互马 日期她) 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包 括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：日期： 第一章绪论 1 1 无线通信的发展现状 第一章绪论 移动通信由最初的第一代模拟移动通信系统，第二代数字移动通信系统发展到了目前即 将商用的第三代宽带数字移动通信系统，正向着大容量、高速率、高服务质量、多业务的方 向发展。 第一代移动通信系统主要采用的是模拟技术和频分多址( f d m a ，f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 技术，存在着容量小，频谱利用率低，以及不同系统不能兼容等不足。第 二代移动通信系统( 2 g ) 以g s m 和c d m a l x 两个系统为典型代表，其中g s m 采用时分多 址( t d m a ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术，c d m a l x 采用码分多址( c d m a ，c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术，业务以语音业务和低速率的数据业务为主。然而2 g 系统不 能满足人们对高速率数据业务和多媒体数据业务的需求，且依旧存在容量受限的问题。第三 代移动通信系统( 3 g ) 以全世界范围的个人通信和多媒体通信为目标，是一个支持多速率、 多业务、宽频带的系统，能够满足移动性，高比特率及可变业务等要求。然而3 g 系统仅仅 是一个从窄带向未来移动通信系统过渡的阶段。目前。人们已经把眼光越来越多的投向三代 以后的移动通信系统中。 第四代移动通信系统( 4 g ) 的速度可达1 0 m 2 0 m b p s ，甚至可以达到1 0 0 m b p s 以上， 能够实现全球无缝漫游。未来移动通信的业务将从话音扩展到数据，图像，视频等多媒体业 务。因此，对服务质量和传输速率的要求越来越高这对移动通信系统的性能提出了更高的 要求。而带宽在移动通信中是非常稀缺的资源。因此，必须采用先进的技术有效利用频率资 源：同时还要克服高速数据在无线信道下的多径衰落。于是，中继传输系统以及正交频分复 用技术成为人们研究的热点。 1 2o f d m 技术概述 正交频分复用( o f d m ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 是一种特殊的多 载波传输方案，可以被看作一种调制技术，也可以被看作为一种复用技术【l l 。2 0 世纪6 0 年 代，r w c h a n g 等通过滤波和限带等方法使子载波保持正交。1 9 7 1 年s b w e i n s t e i n 和 p m e b e r t 利用离散傅立叶变换进行多载波的基带调制和解调，大大降低了系统实现的复杂 度。随后，w e i n s t e i n 等提出通过插入保护间隔来消除符号间干扰并在时域加升余弦窗。1 9 8 0 年。a p e l e d 和a r u i z 采用循环前缀( c p 。c y c l ep r e f i x ) 的方法使信号经过多径信道后依然 保持子载波间的正交性。1 9 8 5 年。c i m i n i 将o f d m 应用于数字蜂窝系统。 o f d m 技术的主要优点如下： 一 高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，有效 减少了由于无线信道的时间弥散带来的符号间干扰，减d , t 接收机内均衡的复杂 度。 o f d m 系统各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，具有很高 的频谱利用率。 o f d m 系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输 东南大学硕士学位论文 速率。达到支持无线数据业务非对称性的目的。 一 可以通过动态比特分配和动态子信道分配的方法。充分利用信噪比较高的子信道， 提高o f d m 系统的性能。 然而，由于o f d m 系统存在多个正交子载波，且输出信号是多个子信道的迭加，因此 和单载波系统相比，存在如下缺点： 一 易受载波频偏的影响。发送端和接收端晶振的不匹配以及相对移动都会引入载波频 偏，使o f d m 系统子载波之间正交性遭到破坏，导致信道间干扰。 一 存在较高的峰值平均功率比。 1 3 中继技术及其发展 传统的中继技术是指在信息的发送端与接收端之间设置若干个中继装置对传输的信号 进行适当的处理，使其在到达接收端时不会因为传输过程中的衰减而导致无法正确的接收， 例如现在已广泛采用的卫星中继和微波中继系统。在微波中继通信中，由于电磁波的传播为 视距传播，需要中继站对前一站的信号进行放大转发或再生转发到下一个中继站。卫星中继 则是利用地球卫星作为中继站转发微波信号，实现两个或多个地面站的通信。它们的主要特 点是把传统意义下的直接传输路径分成多个短小的路径来传递信息。 中继技术在移动通信系统中也得到了广泛的应用【2 j 。通过在蜂窝小区中放置一些功能相 对简单的固定或移动中继站来转发基站与移动用户之间的信号，可以降低信号的发射功率， 延伸基站的覆盖范围，消除覆盖盲区，从而能够有效地降低成本。然而，随着通信需求的快 速增长，现有的通信技术的提升空间已越来越小。尽管多输入多输出( m i m o ，m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ) 技术【3 】 4 1 作为提高数据传输速率和可靠性的重要手段得到了人们越来越多 的关注，但是对于蜂窝网络中的上行链路以及传感器网、自组网( a dh o e ) 等这些无中心网 络来说。移动终端由于受到体积、功耗、工艺等多方面的限制，使得在其上安装多个天线有 很大的困难，因而极大地限制了m i m o 技术的应用。为了解决上述问题，人们开始研究一 种新型的中继技术协作中继p j ( c o o p e r a t i v er e l a y ) 。 协作中继基于中继传输【6 l 的原理，利用用户之间的相互协作【7 】【8 】达到提高通信系统的容 量和传输可靠性的目的。在一个开放的通信环境中，每个用户周围都会存在多个其他用户， 因此可以将相邻的用户作为自己通信的合作伙伴。每个用户在发送自己数据信息的同时也帮 助相邻用户发送它们的数据信息，也就是说它们可以共享彼此之间的资源比如天线等从而形 成分布式m i m o 系统。 协作中继的方式有很多，常见的有三种：第一种是放大前传【9 j ( a f ，a m p l i f ya n d f o r w a r d ) 。中继节点仅将接收到的合作伙伴的信号进行功率归一化然后发送：第二种是译码 前传 9 1 ( d f ，d e c o d ea n df o r w a r d ) ，中继节点将接收到的信号先进行检测译码，然后重新进 行编码发送：第三种则是编码协作【l 们( c c ，c o d ec o o p e r a t i o n ) ，中继节点将接收并译码后 的伙伴信息用另一种编码方式进行发送，接收端对来自多个中继节点的信息先进行适当的合 并然后译码。 2 第一章绪论 1 4 课题研究现状 同步是o f d m 系统的关键技术之一，是o f d m 系统研究的重点。o f d m 系统的同步技 术主要包括了定时同步和频率同步，而中继系统的同步则是多参数估计的问题。由于协作中 继技术是比较新颖的研究课题，关于中继系统同步技术的研究文章也比较少。然而，中继系 统同步模型与多用户o f d m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 系统同步模 型有类似之处，因此，对中继系统同步的研究可以参考多用户系统中的同步技术。以下分别 对点对点系统的同步技术和多用户o f d m a 系统同步技术研究现状进行简单的介绍。 v a nd eb e e k i 提出了在a w g n 信道条件下，利用o f d m 系统固有的循环前缀( c p ) 进行同步操作，不降低系统频谱利用率。由于c p 与原数据具有良好的相关性，在接收端通 过寻找这种特定的相关结构，即可完成符号的定时同步。然而该算法在多径衰落信道环境下 性能很差。文献 1 2 - 1 4 1 对v a nd eb e e k 算法进行改进，提高该算法在多径信道下的性能。 文献 1 5 - 1 9 1 通过插入额外的导频符号进行同步，虽然降低了数据传输效率，但是算法计算 复杂度低，同步性能好。m o o s e 1 5 j 最早对基于训练序列的频偏估计算法进行研究，给出了一 种频域最大似然算法。该算法假设理想的定时同步，将时域相邻的两个相同的符号通过f f r r 变换到频域，在频域中进行频偏估计。m o o s e 算法的频偏捕获范围限制在1 个子载波间隔。 s c h m i d l 和c o x 1 6 1 给出了一种经典的同步算法。算法利用了两个训练符号。第一个训练符号 在时域上包含两个相同的部分，第二个训练符号分别在奇数和偶数子载波上各自传输一个伪 随机( p n ，p s e u d o r a n d o m ) 序列。接收端通过计算延时自相关来完成定时估计，但是相关 函数存在一个峰值平台，导致定时点的不确定性，定时估计方差较大。利用相关函数的相位 可以完成小数频偏估计，估计范围限制在1 个子载波间隔以内。在a w g n 信道条件下，该 算法估计方差达到克拉美罗界( c r b 。c r a m e r - - r a ob o u n d a r y ) 。此外，利用第二个训练符号 可以完成整数频偏估计，因此算法的频偏估计范围为整个o f d m 信号带宽。h m i n n z o l 在 s c h m i d l 算法的基础上加以改进，通过对训练序列的重新设计和定时度量的新颖构造使得定 时度量函数较尖锐，提高时间同步性能。 文献【2 1 - 2 4 】研究了多用户o f d m a 系统同步问题。j j v a nd eb e e k i 2 q 针对子载波块状分配 方式给出了一种时频同步算法，首先用一组滤波器将各用户信号分开，再用传统同步算法估 计每个用户的同步参数。该算法的缺点是需要每个用户占用连续的子载波，而基站处还需使 用滤波器组。c a o 2 2 】主要研究子载波交织分配方式下的多用户同步，将多用户频偏估计转化 为多参量估计问题，每个用户的频偏在其对应的范围内搜索得到。m o r e l l i 【z 叫提出了一种新 的同步算法，不依赖于导频分配模式，然而该算法的前提条件是只有一个用户需要进行同步， 其他用户已经与基站同步。文献【2 4 】研究了联合频偏估计和信道估计的最大似然( m l ， m a x i m u ml i k e l i h o o d ) 算法，然而该算法需要进行多维优化，计算复杂。 1 5 论文主要工作 本论文主要针对中继传输系统，对同步算法进行深入研究，致力于解决如何在接收端同 时估计多个中继节点的同步参数的问题。通过对已有同步算法的研究，结合中继系统对同步 的要求，提出了适合于中继系统的同步算法。主要完成以下工作： _ 研究了中继系统定时同步算法，设计不等周期的训练序列进行粗定时同步，在此基 础上利用恒幅零自相关( c a z a c ，c o n s t a n ta m p l i t u d ez e r oa u t oc o r r e l a t i o n ) 序列 3 东南大学硕士学位论文 的互相关性进行精确定时同步。通过仿真验证所提算法的性能。 - 研究了中继系统频偏估计算法，将m o o s e 算法推广到中继系统中，分析了其中存 在的干扰，通过设计训练序列，提高算法性能。仿真结果显示，改进的训练序列可 以提高m o o s e 算法在中继系统中的性能。 在最大似然频偏估计算法的基础上，研究了迭代多频偏估计算法。对算法的c r b 进行分析，在此基础上，通过设计导频符号，优化算法性能。 一 通过设计导频符号，对m l 算法进行进一步简化，在算法性能与复杂度之间取折中。 将频偏估计扩展到整数范围，给出了能够满足整数频偏估计一致性的导频设计准 则。 1 6 论文结构安排 本论文内容的章节安排如下： 第一章是绪论，首先介绍了论文的研究背景，o f d m 技术以及中继技术的基本特点； 然后对课题现状进行了简要概述，分别介绍了点对点系统和多用户系统的同步技术；最后介 绍了本文的主要工作和结构安排。 第二章是中继系统概述以及同步误差分析，先简要描述了传统的o f d m 系统以及中继 系统模型，然后详细分析了定时偏差和载波频率偏差对点对点系统性能的影响，并将之扩展 到中继系统中。 第三章对中继系统的定时算法进行研究。在点对点系统定时算法的基础上，设计特殊的 导频结构和定时度量函数，最后通过仿真验证所提算法的性能。 第四章研究了中继系统的频偏估计问题。将经典的m o o s e 算法推广到中继系统中，对 其中存在的干扰进行分析，通过设计导频消除大部分干扰。 第五章在最大似然频偏估计算法的基础上，研究了迭代多频偏估计算法，对频偏估计的 克拉美罗界进行分析，通过设计导频符号，优化算法性能。研究了基于导频的简化m l 频偏 估计算法，通过设计特殊导频，使算法频偏估计范围扩展到整数频偏范围。 第六章对全文进行了总结，并指出了进一步研究方向。 1 7 参考文献 【1 】尹长川，罗涛，乐光新，多载波宽带无线通信技术【m 】北京：北京邮电大学出版社，2 0 0 4 【2 】2 p a b s tr ，w a l k ebh ，s c h u i t zdc ，e t a l ，r e l a y - b a s e dd e p l o y m e n tc o n c e p t sf o rw i r e l e s sa n d m o b i l eb r o a d b a n dr a d i o ，i e e ec o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e ，2 0 0 4 ，4 2 ( 9 ) ：8 0 8 9 【3 】m u r c hrd ，l e t a i d fkb ，a n t e n n as y s t e m s f o rb r o a d b a n dw i m l e s sa c c e s s 【j 】i e e e c o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e ，2 0 0 2 ，4 0 ( 4 ) ：7 6 8 3 【4 】4 g o l d s m i t ha ，j a f a rsa ，j i n d a ln ，c a p a c i t yl i m i t so fm i m oc h a n n e l s 【j 】i e e ej o u r n a lo n s e l e c t e da r e a si nc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 3 ，21 ( 5 ) ：6 8 4 7 0 2 【5 】n o s r a t i n i aa ，h u n t e rte ，h e d a y a ta ，c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o ni nw i r e l e s sn e t w o r k s 【j 】， i e e ec o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e ，2 0 0 4 ，4 2 ( 10 ) ：7 4 - 8 0 f 6 】6c o v e rlg a m a lae ，c a p a c i t yt h e o r e m sf o rt h er e l a yc h a n n e l 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so n i n f o r m a t i o nt h e o r y , 19 7 9 ，2 5 ( 5 ) ：5 7 2 5 8 4 【7 】7s e n d o n a r i sa ，e r k i pe ，a a z h a n gb ，u s e rc o o p e r a t i o nd i v e r s i t y p a r ti ：s y s t e md e s c r i p t i o n 【j 】， 4 第一章绪论 i e e et r a n s a c t i o n so f fc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 3 ，5 l ( 1 1 ) ：1 9 2 7 - 1 9 3 8 8 】s e n d o n a r i sa ，e r k i pe ，a a z h a n gb ，u s e rc o o p e r a t i o nd i v e r s i t y - p a r ti i ：i m p l e m e n t a t i o na s p e c t s a n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i s 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so nc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 3 ，5l ( 1 1 ) ：19 3 9 19 4 8 f 9 】l a n e m a njn ，t s ednc ，w b r n e l lgw ：c o o p e r a t i v ed i v e r s i t yi nw i r e l e s sn e t w o r k s ：e f f i c i e n t p r o t o c o l s a n d o u t a g eb e h a v i o r 【j 】，i e e e t r a n s a c t i o n so ni n f o r m a t i o n t h e o r y , 2 0 0 4 ， 5 0 ( 12 ) ：3 0 6 2 - 3 0 8 0 【10 】h u n t e rte ，n o s r a t i n i aa ，d i v e r s i t yt h r o u g hc o d e dc o o p e r a t i o n 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so f f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 6 ，5 ( 2 ) ：2 8 3 - 2 8 9 【1l 】j a n - j a a pv a nd eb e c k ，s a n d e l lm ，b o r j e s s o np0 ，m le s t i m a t i o no ft i m ea n df r e q u e n c y o 凰e ti no f d ms y s t e m s 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so ns i g n a lp r o c e s s i n g ，1 9 9 7 ，4 5 ( 7 ) ：1 8 0 0 - 1 8 0 5 【12 】l a s h k a r i a nn ，k i a e is ，c l a s so fc y c l i c b a s e de s t i m a t o r sf o rf r e q u e n c y - o f f s e te s t i m a t i o no f o f d ms y s t e m s j ，i e e et r a n s a c t i o no nc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 0 ，4 8 ( 1 2 ) 2 1 3 9 - 2 1 4 9 【13 】m ax ，g i a n n a k i sgb ，n o n d a t a - a i d e df r e q u e n c y - o f f s e ta n dc h a n n e le s t i m a t i o ni f lo f d m a n dr e l a t e db l o c kt r a n s m i s s i o n s 【c 】，p r o co fi e e ei c c 01 ，h e l s i n k if i n l a n d ，2 0 0l ，l8 6 6 18 7 0 【14 】b r i a ns ，k r o n g o l d ，a n a l y s i so fc y c l i c - p r e f i xc o r r e l a t i o ns t a t i s t i c sa n dt h e i ru s ei no f d m t i m i n ga n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n 【c 】，i e e ea c s s c ，2 0 0 5 ，p p ：1 4 6 6 1 4 7 0 【15 】m o o s eeat e c h n i q u ef o ro n h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n gf r e q u e n c yo f f s e t c o r r e c t i o n 【j 】i e e et r a n s a c t i o n so nc o m m u n i c a t i o n s ，1 9 9 4 ，4 2 ( 1 0 ) ：2 9 0 8 - 2 9 1 4 【16 】s c h m i d ltm ，c o xdc ，r o b u s tf r e q u e n c ya n dt i m i n gs y n c h r o n i z a t i o nf o ro f d m 【j 】，i e e e t r a n s a c t i o n so f fc o m m u n i c a t i o n s ，1 9 9 7 ，4 5 ( 1 2 ) 1 6 1 3 1 6 2 1 17 】m o r e l l im ，m e n g a l l iu ，a ni m p r o v e df r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t o rf o ro f d ma p p l i c a t i o n s 【j 】， i e e ec o m m u n i c a t i o nl e t t e r s ，1 9 9 9 ，3 ：7 5 7 7 【18 】m i n nh ，z e n gm ，b h a r g a v avk ，o nt i m i n go f f s e te s t i m a t i o nf o ro f d ms y s t e m s 【j 】，i e e e c o m m u n i c a t i o nl e t t e r s ，2 0 0 0 ，4 ( 7 ) ：2 4 2 - 2 4 4 【19 】m i n nh ，b h a r g a v avk ，l e t a i e fkb ，ar o b u s tt i m i n ga n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o nf o r o f d ms y s t e m s 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so nc o m m u n i c a t i o i l s ，2 0 0 3 ，2 ( 4 ) 8 2 2 8 3 9 【2 0 】m i n nh ，z e n gm ，b h a r g a v avk ，o nt i m i n go f f s e te s t i m a t i o nf o ro f d ms y s t e m s 【j 】，i e e e c o m m u n i c a t i o nl e t t e r s ，2 0 0 0 ，4 ( 7 ) ：2 4 2 2 4 4 【2 i 】b i i kjvd ，b o r j e s s o npo ，b o u c h e r e tml ，e t a l ，at i m ea n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n s c h e m ef o rm u l t i u s e ro f d m 们，i e e ej o u m a l0 ns e l e c t e da r e a si nc o m m u n i c a t i o n s ， 1 9 9 9 ，1 7 ( 11 ) 1 9 0 0 - 1 9 1 4 【2 2 】c a ozr ，t u r e l iu ，y a oyd ，d e t e r m i n i s t i cm u l t i u s e rc a r r i e r - f r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o nf o r i n t e r l e a v e do f d m au p l i n k 【j 】，i e e et r a n s a c t i o n so nc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 4 ，5 2 ( 9 ) 1 5 8 5 - 1 5 9 4 【2 3 】m o r e i l im ，t i m ea n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o nf o rt h eu p l i n ko fa l lo f d m as y s t e m 【j 】， i e e et r a n s a c t i o n so f fc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 4 ，5 2 ( 2 ) 2 9 6 3 0 6 【2 4 】p u nmo ，t s a ish ，k u occj ，j o i n tm a x i m u ml i k e l i h o o de s t i m a t i o no fc a r r i e rf r e q u e n c y o f f s e ta n dc h a n n e l i nu p l i n ko f d m a s y s t e m s 【c 】，i e e eg l o b e c o m2 0 0 4 ，6 ：3 7 4 8 3 7 5 2 5 第二章中继系统同步误差分析 第二章中继系统同步误差分析 o f d m 技术的基本特点是利用多个并行的低速率予载波实现数据的高速传输，各个子 载波保持相互正交。然而在真实系统中，同步误差会破坏子载波间的正交性，产生载波间干 扰( i c i ，i n t e r - c a r r i e ri n t e r f e r e n c e ) 。在中继系统中，同步误差进一步体现为多址干扰( m a i 。 m u l t i a c c e s si n t e r f e r e n c e ) 。在本章中我们先给出传统o f d m 系统以及中继系统模型，然后再 分析同步误差对点对点系统性能的影响，在此基础上，研究了同步误差对中继系统的影响。 2 1 系统模型 2 1 1o f d m 系统模型 o f d m 信号调制是将经过星座映射后的数据符号调制到相互正交的f 载波上，在调制 之前将串行的数据符号变成并行的。假设0 f d m 系统子载波个数为n ，子载波上相应的数 据符号s 。，其中，表示o f d m 符号序号，聊表示子载波序号。采样间隔为t = 瓦n ，其 中l 为有效符号周期。基带传输信号表示为1 1 ： 越( f ) = 争s 肌。g ) 宰g r ( t ) ( 2 t 1 ) v ui - 1 m 2 0 其中g 7 ，( ，) 为传输滤波器，t ( f ) 为子载波脉冲。为了避免符号间干扰( i s i ，i n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) 每个o f d m 符号前加上长度为乙的循环前缀，有： i f f l , k ( f ) = p 7 2 玎v - r 一亿u ( t 一，t ) 砸，= f 警c q 2 其中，矽= l 乞为子载波间隔- l = 毛+ 为o f d m 符号长度。 信号经过频率选择性衰落信道，信道模型为【2 l ： h ( r ，f ) = 吩o ) 万( f q ) ( 2 3 ) 信道模型包含了实际信道冲击响应和传输滤波器9 7 ( f ) 。假设信道各个径之间不相关，且为 广义平稳过程，信道能量归一化。接收信号表示为： ，o ) = 曩) “o o ) + w o ) ( 2 4 ) 其中w ( t ) 为复高斯白噪声。 在时刻乙= n t 对接收信号采样。可得： ，( ) = h i ( n t ) u ( n t - r j ) + w ( n t ) ( 2 5 ) 去除循环前缀，可得第1 个符号的采样数据：巧= ，7 o 巧1 ，_ - - 。 7 。其中第，z 点数据： 7 东南大学硕士学位论文 r t 。= ，( ( ”+ + 小) f ) 对接收序列进行快速傅立叶变换( f f t , f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ) ，可得频域符号如下： 一l 蜀。= 巧，。2 叩m 州 ( 2 6 ) n l o 基于f f t 的o f d m 系统框图可以表示为图2 1 。假设信道在一个o f d m 符号间隔内保持不 变，有： 局= s ，- 6 。+ 彬。