臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討正交分頻多工系統之頻率同步問題。在正交分頻多工系統中，傳送端與接收端之振盪器頻率不一致與行動裝置之移動所造成之都卜勒效應，皆會破壞子載波間之正交性進而造成子載波間干擾。本論文提出以多項式根值演算法及T-ESPRIT演算法針對ICI自消機制之OFDM系統實現CFO估測。本論文所提之方法在估測前將接收訊號堆疊成演算法所需之快照向量，接著使用等化處理及篩選特定時間取樣以避免雜訊放大問題，而後使用以根值多重訊號分類演算法以及旋轉不變性技術估測訊號參數估測CFO值。最後，該演算法所具備之高估測範圍及精準度將以電腦佐證之。

　　This study discusses the frequency synchronization for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system. In OFDM, Carrier Frequency Offset (CFO) is caused by frequency mismatch in the transmitter and the receiver oscillators. Also, the Doppler effect is caused by the move of portable devices. Both CFO and Doppler frequency cause Inter-Carrier Interference(ICI) due to the destroying of the orthogonality among subcarriers. This paper presents a polynomial- rooting algorithm and the T-ESPRIT algorithm to estimate the CFO of OFDM system using Inter-Carrier-Interference Self-Cancellation (ICI-SC) scheme. The proposed approach first stacks the receive signal at specific time instances to form the snapshot vectors which are used as the input of the proposed algorithms. Next, we use the equalization process and the time sample selection (TSS) to mitigate the noise enhancement problem. Then, the CFO can be estimated by the Root-Multiple Signal Classification (Root-MUSIC) algorithm and Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques (ESPRIT) algorithm. Finally, this paper confirms the high estimation range and the high accuracy of the proposed algorithms through computer simulations.

目錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖次 ix
表次 xii
第一章 序論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 研究方法與目的 2
1.3 論文架構 4
第二章 OFDM系統簡介 5
2.1 OFDM簡介 5
2.2 符元間干擾(ISI) 8
2.2.1 預先編碼機制(Precoder) 10
2.2.2 決策回授等化器(Decision Feedback Equalizer) 11
2.2.3循環字首 12
2.3 OFDM調變原理 14
2.4 OFDM系統模型 16
2.5 OFDM之優缺點 18
第三章 OFDM系統ICI自消機制 20
3.1 子載波間干擾(ICI) 20
3.1.1 都卜勒效應 20
3.1.2 本地震盪頻率誤差 23
3.2 ICI自消除演算法 29
3.2.1 ICI自消除預先編碼 29
3.2.2 效能模擬 33
第四章 OFDM系統之載波頻率偏移估測法 36
4.1 最大概似法則演算法 36
4.2 T-MUSIC演算法回顧 37
4.3 本研究所提之CFO估測演算法 39
4.3.1 系統模型 39
4.3.2 Polynomial-Rooting頻移估測法 42
4.3.3 T-ESPRIT頻移估測法 46
4.3.4 篩選特定時間取樣 49
4.3.5 CFO估測範圍 50
4.4 決策回授之頻移估測法 52
第五章 模擬結果 53
5.1 均方差比較 53
5.2 複雜度比較 59
第六章 結論 65
參考文獻 66

圖次
圖2.1-1 DFT及FFT之複雜度示意圖 6
圖2.1-2 OFDM之系統架構圖 7
圖2.1-3 FDM及OFDM頻譜示意圖 8
圖2.2-1 簡易傳輸模型示意圖 9
圖2.2-2 預先編碼系統簡易架構圖 10
圖2.2-3 決策回授系統簡易架構圖 11
圖2.2-4 加入CP示意圖 13
圖2.2-5(a) 小於保護區間示意圖 14
圖2.2-5(b) 大於保護區間示意圖 14
圖2.3-1 OFDM調變與解調架構圖 16
圖3.1-1 都卜勒示意圖 22
圖3.1-2 不同速率產生之頻率偏移示意圖 22
圖3.1-3 不同CFO所產生之ICI 干擾分析圖 25
圖3.1-4(a) 發生載波頻率偏移在頻譜上示意圖 26
圖3.1-4(b) 無載波頻率偏移在頻譜上示意圖 27
圖3.1-5(a) 無發生相位偏移示意圖 28
圖3.1-5(b) 發生相位偏移示意圖 28
圖3.2-1 ICI自消預先編碼機制架構圖 30
圖3.2-2 ICI係數比較 32
圖3.2-3(a) 未使用ICI自消機制不同CFO對系統影響 34
圖3.2-3(b) 使用ICI自消機制不同CFO對系統影響 35
圖4.2-1 使用T-MUSIC在頻譜搜索最高峰值示意圖 38
圖4.3-1 本研究所提之OFDM系統CFO估測演算法架構圖 39
圖4.3-2 Root-MUSIC求出之根在單位圓上示意圖 46
圖4.3-3 等化因子在 及 分布圖 50
圖4.3-4(a) 陣列向量之振幅響應 51
圖4.3-4(b) 陣列向量之相位響應 52
圖5.1-1(a) 各個演算法在 時之MSE比較圖 54
圖5.1-1(b) 各個演算法在 之MSE比較圖 54
圖5.1-2 (a)Polynomial-Rooting在 之MSE比較圖 55
圖5.1-2 (b)T-ESPRIT在 之MSE比較圖 56
圖5.1-3 Polynomial-Rooting在不同子載波數下之MSE比較圖 57
圖5.1-3 T-ESPRIT在不同子載波數下之MSE比較圖 57
圖5.1-4(a) 各個演算法在 時之CFO估測範圍比較圖 58
圖5.1-4(b) 各個演算法在 時之CFO估測範圍比較圖 59
圖5.2-1 各個演算法之乘法運算量比較圖 64

表次
表5.1-1等化處理乘法運算量 60
表5.1-2 T-ESPRIT乘法運算量 60
表5.1-3 Polynomial-Rooting乘法運算量 61
表5.1-4 T-MUSIC乘法運算量 62
表5.1-5 DF乘法運算量 63
表5.1-6 MLE乘法運算量 63

參考文獻
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