开关磁阻电机系统理论与控制技术
开关磁阻电机系统理论与控制技术，介绍了基本理论，电机设计，Matlab仿真内容提要本书共分为8章分别阐述了开关磁阻电机及其控制系统发展概况,推导了电机线性、准线性和非线性数学模型,给出了开关磁阻电机计算设计程序,讲述了开关磁阻电机有限元分析方法,研究了开关磁阻电机调速系统的控制策略,详细介绍了利用软件建立开关磁阻电机仿真模型的步骤,井进行了稳态性能仿真和动态性能仿真,最后针对DSP对开关磁阻电机有位置传感器和无位置传感器调速系统进行理论分析与设计开本书适用于从事电力电子及电气传动专业高等学院教师和研究生,以及相关专业好、运的科研机构的研究人员和直流关磁阻木空把矿、航功率范本磁阻电图书在版编目(CIP)数据上的拓机线性开关磁阻电机系统理论与控制技术/吴红星编著.一北京:中国了开关电力出版社,20107略,以(现代工业自动化技术应用丛书)电SBN978-7-5123-0336-2行有限:1.①开…Ⅱ.①吴…Ⅲ.①开关控制-磁阻电机-系统理在Max论②开关控制-磁阻电机控制Ⅳ.①TM352线:对车中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第070773号系统仿J结构来》电枝该模型E控制器矩分配巨中国电力出版社出版、发行机的发E北京三里河路6号1004htp/www.cspp.com.cn)磁阻电积北京丰源印剧厂印刷电右各地新华书店经售建立开弓2010年8月第一版2010年8月北京第一次印剧统稳态忙787毫米X1092毫米16开本17印张452千字了优化。印数000-3000册定价36.00元电机调这敬告读者法,推毛木书封面贴有防伪标签,加热后中心图案消失各模型过本书如有印装质量问题,我社发行部负责退换电初版权专有翻印必究关磁阻欠压保折前厂言开关磁阻电机调速系统具有结构简单、坚固、工作可靠、成本低、系統控制灵活、调速性能好、运行效率高、温升低等诸多优点,它综合了交流变频调速系统的坚固耐用、适用于恶劣环境和直流调速系统的可控性好等优良特性,被专家视为电气传动系统发展过程中的一个里程碑。开关磁阻电机特别适用在恶劣环境和要求超高速的场合下运行,并可广泛地应用在纺织、造纸、煤矿、航空、机槭等领域的造纸机、浆纱机、采煤机,风机、水泵、家用电器和机器人等负载上,功率范围从几瓦到儿兆瓦,转速范围从几转到儿万转。本书的宗旨是,着眼于实用技术,并兼顾到发展趋势。考虑到实际应用的需要,介绍了开关磁阻电机的几种结构形式,针对新型开关磁阻电机进行论述,总结开关磁阻电机在绕组结构形式上的拓扑结构,论述各种绕组拓扑结构的优缺点。在开关磁阻电机基本方程式的基础上,推导电机线性数学模型和准线性数学模型,具体分析绕组电流、绕组磁链、绕组电感和电磁转矩,给出了开关磁阻电机设计步骤,并分析了转矩脉动产生的原因,研究开关磁阻电机调速系统的控制策略,以DSP为控制芯片,给出了开关磁阻电机调速系统设计方法和基本设计软件。电机本体设计方面:给出计算程序,对128电机进行各类参数的计算:对开关磁阻电机进行有限元分析:利用 Ansoft软件建立开关磁阻电机的有限元模,用 RMxprt得到二维几何模型,在 Maxwell2D的瞬态求模块下进行有限元分析;分析得到的绕组电流、绕组磁链、电磁转矩曲线:对转子极弧系数、轴径、开通角等参数进行优化分析:在分析有限元计算的矩角特性曲线和系统仿真后的转矩输出波形的基础上,得出产生转矩脉动的根本原因,通过改进电机定子磁极的结构来减小气隙磁场的突变,通过修改气隙等参数从而减小和抑制转矩脉动。电机控制策略方面:根据数学模型研究基于永磁磁通控制开关磁阻电机非线性数学模型。在该模型的基础上,研究基于永磁磁通控制开关磁阻电机调速系统的控制策略。设计绕组电流闭环控制器、转速调节控制器,硏究基于永磁磁通控制开关磁阻电机转矩分配的控制策略,推导了转矩分配函数,并设计转矩控制器。分析开关磁阻电机的发电运行机理和能流关系,对开关磁阻电机的发电运行理论进行线性分析,推导基本电路方程和相电流解析式;通过线性模型,分析开关磁阻电机的有效发电条件电机仿真技术方面:用 MATLAB软件建立开关磁阻电机的准非线性动态仿真模型的基础上,建立开关磁阻电机系统的系统模型,并对系统模型进行了稳态性能仿真和动态性能仿真。利用系统稳态性能仿真,综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标,对升关磁阻电机的开关角进行了优化。针对传统PⅠ控制策略对开关醚阻电机调速系统进行仿真,得到采用传统P控制策略的电机调速系统的电机相电流波形和系统转矩波形。深入研究基于模糊控制的控制理论和控制方法,推导基于模糊控制的搾制算法,提出一种模糊PI相结合的控制方法,并建立仿真模型,对各模型进行比较,以便得到最佳控制策略电机控制系统方面:介绍开关磁阻电机调速特点,分析电机驱动功率电路拓扑结构,介绍开关磁阻电机调速系统转子位置传感器分类及使用方法。设计了驱动电路,过流保护电路、过压和欠压保护电路、电机专用控制电路等硬件。利用T公司的电机专用DsP设计开关磁阻电机有位全书共8章,第1章介绍了开关磁阻电机调速系统的概况、发展趋势及主要应用领域。第2章介绍了开关磁阻电机的线性数学模型、准线性数学模型及非线性数学模型。第3章分析了开关磁阻电机的各类损耗,介绍了开关磁阻电机本体的设计方法。第4章利用 Ansoft软件建立开关磁阻电机的有限元模,用 RMxprt得到二维几何模型,在 Maxwell2D的瞬态模块下进行有限元分析。分析得到的绕组电流、绕组磁链、电磁转矩曲线。对转子极弧系数、轴径、开通角等参数进行优化分析。第5章介绍了开关磁阻电机调速系统在各类调速系统的地位,设计开关磁阻调速控制系统硬件。第6章针对开关磁阻电机调速特性研究开关磁阻电机控制策略和发电机理。第7章用 MATLAB软件建立开关磁阻电机系統的系统模型,并对系统模型进行稳态性能仿真和动态性能仿真。第8章针对DSP对开关磁阻电机有位置传感器和无位置传感器调速系统进行理论分析与设计。前言本书由吴红星编著,各章编写工作有赵晢、嵇恒、刘莹、钱海荣、黄冬林、倪天、郭庆波、第1章叶宇骄等参与。全书由吴红星统稿,寇宝泉教授支持本书的编写并审阅了书稿。编写过程中,参1.1阅和利用了国内外大量文献、资料,在此对原作者一并致谢。1.2限于作者水平,加上时间仓促,缺点、错误在所难免,热忱欢迎广大读者批评指正。1,2,1,2,21,3于14J14.114.214.314.414.514.614.714.81.5开1.6开第2章2.1开22开2.2,122.32,242,2.52.3开24开2,4.124.22.4.324424.5主要应用领域。第2第3章分析了开关soft软件建立开关模块下进行有限元径、开通角等参数最》设计开关磁阻调速略和发电机理。第7态性能仿真和动态速系统进行理论分前言第1章绪论、倪天、郭庆波、11开关磁阻电机的发展概况…编写过程中,参12开关磁阻电机的结构特点…,+…日2…2121开关磁阻电机的优点………者批评指正。1.2.2开关磁阻电机的缺点和和国国面自和“““““国目目围把的和一41.3开关磁阻电机的优化方法141.4开关磁阻电机系统抑制转矩脉动技术…1.4.1基于抑制转矩脉动的传统控制策略…14.2基于抑制转矩脉动的线性化控制…614.3基于抑制转矩脉动的变结构控制61.44基于抑制转矩脉动的智能控制理论…14.5基于抑制转矩脉动的转矩分配策略…………146基于抑制转矩脉动的迭代学习控制…1014.7基于抑制转矩脉动的微步控制策略…………101.4.8其他方法015开关磁阻电机未来研究方向…1.6开关磁阻电机的工业应用………………………2第2章开关磁阻电机的工作原理及数学模型142.1开关磁阻电机基本原理22开关磁阻电机的一些基本结构…1422.1单相开关磁阻电机……………142.22两相开关磁阻电机……………152.2.3三相开关磁阻电机………………52.24四相开关磁阻电机……………………………………1622.5五相以上开关磁阻电机1623开关磁阻电机改进结构…1624开关磁阻电机数学模型……………21224.1电路方程…2.42机械方程2224,3机电联系方程*…,…222.44线性模型……1232,4.5准线性模型25混合励磁开关磁阻电机数学模型…日型道日副上理福2.5混合励磁电机磁路特点………………252混合励磁开关磁阻电机转矩平衡方程……4446i4.4.7孟第3章开关磁阻电机电磁设计……………………3744863.1开关磁阻电机设计及优化方法……………13945有限31.1电机本体结构设计………94.5.R…………393.1.2电机参数优化设计………4.52M32开关磁阻电机损耗分析……45.3有321绕组铜损分析…………42046基于车3.2.2机械损耗分析……404.6.1影3.2.3杂散损耗分析…44.62开…………41324电机铁损分析……………………………………………………414.6.3定33开关磁阻电机参数计算…+45第5章开关331电负荷与磁负荷…51开关磁332主要尺寸4534开关磁阻电机本体设计示例…………475.12电34.1相数,极数和绕组端电压……………5.3电压34.2主要尺寸的选择计计4852开关磁343其他结构尺寸及绕组匝数”5.3开关磁阝48344电流及转矩计算……………………………………5053.1开关34.5绕组设计……………………………………………15053.2开关34.6参数计算533开关51534开关第4章开关磁阻电机性能优化…54开关磁阵41电机电磁场的理论基础………………5454.l标准42有限元法54542其他421有限元法的发展55…555.5迭代学买42.2 Ansoft软件简介……………………………555.1基于423 Ansoft有限元法…55,2迭代424电磁场有限元方法的特点及一般步骤65.6开关磁43 RMxprt软件设计及使用方法………15756.1速度43.1启动软件……………5858562转矩432新建SRM模型563电流4.3.3建模结果……68第6章开关磁434仿真计算61开关磁阳43.5模型导出…1111736.1.1与步44 Maxwell2D软件设计及使用方法…………“环“746.12与反44.1打开工程文件………m…“+t74613与直442模型设置……17614与无44.3材料设置………786.1.5与异444边界及激励源设置806.2功率电子44.6设置仿真参数+,90……34……*34447运动部分设置……………………………………………9544.8仿真运算96+:37…014.5有限元分析结果处理………39451 RMxprt输出的性能曲线………10139452 Maxwell2D的求解结果…394.3有限元后处理………1044046基于转矩波动抑制电机本体优化…1-11054046.1影响转矩波动的因素…404.62开通角、关断角对转矩波动的影响…………………106…41463定子磁极结构对转矩波动的影响……………xx+107414第5章开关磁阻电机的控制策略…5.开关磁阻电机控制方式……,中日副日是…:1045…:4551l角度位置控制(APC)1111045512电流斩波控制(CCC)……………………………1l475.1.3电压斩波控制(CVC)……………4852开关磁阻电机调速特性53开关磁阻电机能量回馈控制…::1:1111248…4853.1开关磁阻电机发电运行机理…50532开关磁阻电机发电运行的励磁过程:50533开关磁阻电机的能量变换理论……………………………1451534开关磁阻电机发电状态工作特点……………”…11654开关磁阻电机PD控制::18*54541标准数字PID算法………………19:54542其他PD方法1120……5555迭代学习控制…121:5551基于模型控制系统和迭代学习控制系统概述…………:121555.52迭代学习控制过程和开环PD迭代学习控制……122“565.6开关磁阻电机的转矩分配控制系统设计…123……*5756.!速度调节器设计……………123585.6.2转矩分配函数的设计………425+58563电流控制器设计……………1265968第6章开关磁阻电机调速系统硬件设计……………128696,1开关磁阻电机调速系统在电机控制中的地位1128…736.L.1与步进电动机驱动系统的比较+++:128…746.1.2与反应式同步电动机的比较…………28746.1.3与直流电动机的比较“…自129a776.14与无换向器直流电动机的比较:1297861.5与异步电动机变频调速系统的比较………1298062功率电子器件…………………130622功率GBT工作特点……1317463PWM控制技术…11137.4.6.3.1传统PWM技术…计计……1347.463.2优化后的PWM技术“国计1347.4633空间电压矢量PWM控制…计………13574.6.34跟踪型PWM控制技术1357464开关磁阻电机控制器功率拓扑结构………-13674641不对称半桥主回路…137第8章642H桥主回路…积+…137643不对称半桥改进型”…1378.2644(n+1)型功率变换器1388264.5电容裂相型…“……1388,264.6电容转储型…+1…:1388365整流及吸收回路设计………1398.36.5.1功率吸收电路设计…………………139836.52吸收电路参数计算…::+140846.53整流电路设计……846.54电流采样与处理电路…道上中中和国和8,46.5.5转子位置信号采集与处理……………………1428.5656系统保护电路设计:1498.66.6功率及驱动电路11518.66.61SKH24驱动模块在SRD系统中的应用…………518.6.62S19976DY—桥式驱动器的原理及应用11528.76.63EXB841工作原理…578.8664FCAS50SN60开关磁阻电机功率模块…………1598.第7章基于DSP开关磁阻电机控制器设计……1658.7.DSP的特点1657.2电动机DSP控制系统基础……………………167参考文721DSP电机控制特点…1677.22数字滤波DSP实现方法…………16873有位置传感器DSP控制++117173.1开关磁阻电机控制机理……“已,171732DSP控制开关磁阻电机硬件设计…………………………17733软件设计x+2:::175734电流控制………………………17773.5位置控制178736速度控制……国+…“……“…“…面,,正重自7.3.7换相控制………………181738速度控制器……………x1837.3.9DSP编程示例………………………8474开关磁阻电机无传感器DSP控制…………………:21674.1调速系统硬件描述………………216…133742无传感器开关磁阻电机驱动系统的控制软件…………216…:134743无传感器换相和速度更新算法………………………………218134744速度环:21135745电流控制回路……213574.6斜坡控制器……136747无传感器开关磁阻电机驱动系统的校准………………2313第8章开关磁阻电机调速系统仿真……22813781引言+*13782基于 MATLAB/Simulink的系统建模与仿真分析……128138821仿真软件 MATLAB/Simulink简介…x:12813882,2电机模型的建立……………………23…13883控制系统P控制策略建模与仿真……23013983.1SRM调速系统的无P控制仿真………30…13983.2电机调速系统的PI控制仿真分析……………31…,……,:14084基于模糊控制器的系统仿真分析……………236…:148.4.1模糊控制器的设计1236142842SRM调速系统的模糊控制仿真及结果分析…………………23814285sRM调速系统模糊P控制仿真……………………242………1498.6开关磁阻电机能量回馈建模与仿真…………24351…………151861发电状态的基本电路方程…86.2发电运行的相电流解析…24315287开关磁阻电机控制系统模型分析……2455788开关磁阻电机发电系统模型的建立….…:2521598.81电流滞环控制模块………………………254,+1658.82电流计算模块………2541658.8.3转矩计算模块…254167参考文献……::::::1256…………16716817117117317577178179181中“183184216
- 2020-12-12下载
- 积分：1
OFDM同步算法中的最大似然函数法
OFDM同步算法中的最大似然函数法OFDM同步算法中的最大似然函数法AbstractTitle: RESEARCH ON SYNCHRONIZATION ALGORITHMS IN OFDMSYSTEMMajor: COMMUNICATION AND INFORMATION SYSTEMNameYao xuSignature:_140AuSupervisor: Prof Lin WANGSignature:/-abstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)is the key technique of the fourthgeneration mobile communication. The advantage of ofDM is to resist of the multi-pathchannel. OFDM improves the utilization efficiency of the spectrum. It enhances the capacity ofthe system and meets the request of the high speed of data transmission and users movementfor the next generation mobile communicationOFDM is more sensitive to the frequency offset and the phase noise than the single carriecommunication system, since the frequency offset will break the orthogonality of thesub-carriers, introduce the interference of the sub-carriers, and bring great influence to thesystem performance. Synchronization is one of the key techniques of the OFDM. This paperchiefly studies the synchronization of OFDM, and includes the algorithm and actualization.In this thesis, the OFDM model and its principle are introduced firstly in brief, thencuss strengthens and weakens of oFDM system, further more is the synchronization issuesespecially focuses on synchronization issues: Analysis the effects of demodulation performance,including frequency offset and timing offset, and in-depth research on symbol timingsynchronization and frequency synchronization of OFDM system. a lot of computersimulations are given over awgn and frequency selective fading channels. We analyze andmpare the performance of a few synchronization methods, including their applying areas,merits and shortcomings. Furthermore, the article proposes an improved ofdm timingsynchronization algorithm and frequency synchronization algorithm. the improved algorithmcould find the exactly timing point and frequency offset by the character of correlation, thesimulations show that this algorithm has an obviously peak at exact point and significantlyreduces the mean square error of timing estimate. Using the result of timing and resetcoefficient to calculate frequency offset. Simulations show that improved frequency algorithmcould reach smaller mseKey words: OFDM; Symbol synchronization; Carrier frequency synchronization; PN sequence;Cyclic prefix独创性声明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人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成果。尽我所知,除特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢本论文及其相关资料若有不实之处,由本人承担一切相关责任论文作者签名:络说y年月忍日学位论文使用授权声明本人说,在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩,并已经在西安理工大学申请博士/硕士学位本人作为学位论文著作权拥有者,同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权,即:1)已获学位的研究生按学校规定提交印刷版和电子版学位论文,学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索;2)为教学和科研目的,学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生部办理保密的学位论文在解密后,适用本授权说明论文作者签名受。导师签名以xB年3月日1绪论1绪论随着 Intermet商用化所带动的视频、音频及数字通信技术的发展,无线通信也得到了进一步的重视和发展。在任何地点,任何时间能够方便地进行话音、数据、图像、视频等各种信息的通信是人类的美好愿望。为此,在过去的十多年中,向第三代无线标准发展的全球性浪潮使各个厂商纷纷参与了新技术的标准化工作。然而,信息产业在新一代技术推动通信系统所带来的优质服务的同时,第四代移动通信系统的最新技术也在不断的研究中,并开始向市场进军。随着人们需求的不断增高,多媒体和计算机通信在当今社会扮演着日益重要的角色,对通信系统的发展不断提出新的要求和挑战。世界各国目前都已把研发的焦点聚集到了“无线宽带多媒体通信系统( WBMCS”上来,以欧洲地面数字电视广播(DB-T)、无线本地环路(WLAN,WMAX和超宽带(UWB等为代表的新的通信理念及技术已逐步走入商用化阶段,进一步推动了信息化社会的发展11课题研究背景现代无线通信技术的发展始于20世纪20年代,但直到20世纪70年代中期,才得到蓬勃发展。1978年底,美国贝尔实验室研制成功AMPS( Advanced mobile Phone System,先进移动电话系统)系统,建成了蜂窝模拟无线通信网。欧洲和日本也相继开发出模拟的蜂窝移动通信网。这阶段诞生的模拟移动通信统称为第一代移动通信系统,简称1G(the1 st Generation)。1G系统采用频分多址(FDMA和模拟技术,在发展初期得到较为广泛的应用,它的缺点是容量小、频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密性差,仅达到模拟话音一般质量的要求,不能满足日益增长的用户的需求。从20世纪80年代中期开始,数字移动通信系统进入发展和成熟时期。欧洲率先推出了GSM( Global System for the Mobilecommunications,全球移动通信系统),随后美国和日本也相继推出了各自的数字移动通信系统。20世纪90年代初,美国 Qualcomm(高通)公司推出了窄带的 CDMA(Code DivisionMultiple Access,码分多址蜂窝移动通信系统),从此,CDMA这种新的无线接入技术在无线通信领域占有越来越位。这些目前正在广泛使用的数字无线通信系统被称为第二代移动通信系统,简称2Gthe2 nd generation)。2G系统以GSM系统和IS95系统为代表,达到了高质量的话音通信要求,传输速率为96kbps。被视为二代到三代过渡技术的GPRS( General Packet Radio System)和EDGE( Enhanced Data Rate for Evolution等系统增强了分组数据业务的传输能力,将最大传输速率分别提高到160kbps,384kbps。既提供了话音通信服务,又提供了无线数据通信业务。随着人们对通信业务的范围和速率的不断提高,已有的2G通信网很难满足新的业务需求。为了适应市场的需求,业界开始研制第三代移动通信系统3G(he3 rd generation)。3G系统要支持视频、互联网接入及其它更高速西安理工大学硕士学位论文率的业务,它以CDMA技术为核心,其最大传输速率为2Mbps,可在话音业务基础上提供互动多媒体业务,如多媒体视频会议、国际互联网接入、文件传输和电子邮件等多种业务。随着移动通信和数据通信的飞速发展,移动用户对业务种类和通信速率的要求不断增加,未来移动通信将朝着高速率传输、多业务种类的方向发展。第四代移动通信系统计划以OFDM( Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)为核心技术提供增值服务,它在宽带领域的应用具有很大的潜力。较之第三代移动通信系统,采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力,它不仅仅可以增加系统容量,更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求,将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去,作为一种高效的并行传输技术,OFDM将高速数据流并行在多个子载波上传输,大大增长了符号周期,增强了抗码间干扰和信道衰落的能力,适用于恶劣的无线多径衰落信道中,从而被认为是下一代移动通信中极具发展前景的技术之一。12OFDM技术的发展与前景OFDM是一种无线环境下的多载波调制技术。该技术最早起源于20世纪50年代中期,并在60年代形成了使用并行数据传输和频分复用的概念,1970年1月首次公开发表了有关OFDM的专利,其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠,但相互间又不影响的频分复用方法来并行传送数据。OFDM技术的第一个实际应用是军用无线高频通信链路。在早期的OFDM系统中,发射机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的,傅立叶变换的实现系统复杂且昂贵。1971年 Weinstein和Ebet提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能的建议,简化了振荡器阵列及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题,为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备80年代以后,OFDM的调制技术再一次成为研究热点。例如在有线信道的研究中,Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调制技术,试验成功了16QAM多路并行传送192 kbit/s的电话线 MODEM。1984年, Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案3。其特点是调制波的码型是方波,并在码元之间插入了保护间隙,该方案可以避免多径传播引起的码间千扰。进入90年代以后,OFDM的应用研究又涉及到了利用移动调频(FM)和单边带(SSB)信道进行高速数据通信、陆地移动通信、高速数字用户环路HDSL),非对称数字用户环路(ADSL)超高速数字用户环路( VHDSL)、数字音频广播(DAB)及高清晰度数字电视(HDTV和陆地广播等各种通信系统因此,这种多载波传输技术在双向无线数据方面的实际应用是近十年来的趋势。经过多年的发展,该技术在广播式的音频和视频领域已得到广泛的应用。主要的应用包括:非对称的数字用户环路(ADSL),ETSI标准的音频广播(DAB),数字视频广播(DVB等。1999年TEEE80211a通过了一个5GHz的无线局域网标准,其中OFDM调制技术被采用为它1绪论的物理层标准。欧洲电信标准协会ETST的宽带射频接入网(BRAN的局域网标准也把OFDM定为它的调制标准技术。1999年12月,包括 Ericsson, Nokia和WLAN在内的7家公司发起了国际OFDM论坛,致力于策划一个基于OFDM技术的全球统一标准。我国的信息产业部也经参加了OFDM论坛,可见OFDM在无线通信的应用己引起了国内通信界的重视。2000年11月,OFDM论坛的固定无线接入工作组向IEEE802163的无线城域网委员会提交了一份建议书,提议采用OFDM技术作为上IEE802163城域网的物理层标准。随着IEE80211a和 BRANHyperlan/2两个标准在局域网的普及应用,OFDM技术将会进一步在无线数据本地环路的广域网做出重大贡献综上所述,随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求,OFDM技术在综合无线接入领域将越来越得到广泛的应用。随着DSP芯片技术的发展,傅立叶变换/反变换、64/128/256QAM的高速 Modem技术、网格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护间隔、减少均衡计算量等成熟技术的逐步引用,人们己经开始集中精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用。13本文的主要工作及内容安排论文的研究方向是OFDM系统的同步算法分析。论文在分析OFDM系统的关键技术和优缺点的基础上,提出了改进的定时同步和频率偏移佔计的研究方法,同时进行了模拟仿真和性能分析测试本论文的内容主要分为以下几部分第一章简要介绍了正交频分复用技术的研究背景,OFDM的起源、发展和前景,及其当前在国内外的发展状况。第二章分析OFDM的基本原理和数学模型、数据的串并变换、子载波的调制以及DFT在OFDM调制解调中的应用,对其关键技术进行了阐述,并同其他传输方式进行了分析比较。第三章讨论OFDM的系统原理。根据系统模型对OFDM系统中载波同步和符号定时同步的基本原理进行了分析。第四章基于前一章的分析,介绍了几种常用的定时同步算法:包括基于循环前缀的最大似然同步算法、基于训练序列的定时同步算法,最后作者介绍了本文的改进定时同步算法并通过 MATLAB仿真验证。第五章介绍了几种经典的频率同步算法:基于循环前缀的载波频率同步算法、 Moose的频率同步算法、基于训练序列的频率同步算法和本文改进的频率同步算法,也分别通过仿真进行验证最后一章对全文进行了总结,陈述了本论文所涉及工作的主要贡献,并指出了继续进行的相关研究工作和未来可能的研究方向。西安理工大学硕士学位论文2OFDM系统基本原理和同步性能分析21OFDM系统的基本原理经过40多年的发展,OFDM技术因其独特的优势获得了广泛的应用,而且正在赢得越来越多的关注。它的基本原理就是将总的信道带宽分成多个带宽相等的子信道,每个子信道上单独通过各自的子载波调制各自的信息符号并且各符号具有相同的符号间隔。当相邻子信道载波间隔等于有用符号间隔的倒数时,各个子信道间频谱相互重叠且相互正交21.1OFDM系统的基本模型OFDM是一种并行数据传输系统,它将高速串行数据经过串/并变换形成多路低速数据分别对多个子载波进行调制,叠加之后构成发送信号。在接收端,用同样数量的子载波进行相干解调,获得低速率数据流,经过并/串变换恢复得到高速数据流。在传统的频分复用(FDM)系统中,通过将整个频带划分为若干个不相交的子频带来传输并行的数据流,在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的频带利用率比较低,因为子信道之间要留有保护频带,而且要实现多个滤波器也有难度。OFDM系统是由大量在频率上等间隔的子载波构成,这些子载波的频谱可以相互重叠,这样就大大提高了频谱的利用效率。由于各个子载波在整个符号周期上是相互正交的,因此虽然各子载波的频谱之间存在重叠,在接收端仍然能够无失真的恢复发送数据。在OFDM系统中,当子载波间的最小间隔等于符号周期倒数的整数倍时,可以满足子载波正交条件。为了实现最大频谱效率,一般取载波最小间隔为符号周期的倒数。当符号由矩形脉冲形成时,每个调制载波的频谱为sinx/x形状,其峰值对应于所有其它子载波频谱中的零点,这样就能保证对每个子信道进行解调时,其它子信道的信号不会对其产生干扰。同时,高速的数据流通过串/并变换被分配到速率相对较低的若干个子信道中并行传输,每个子信道中的符号周期相对增加,可以减轻由于无线信道的多径时延扩展对系统造成的码间干扰(Sn)影响。此外,OFDM中还引入了保护间隔( Guard interva)当保护间隔长度大于最大多径时延扩展时,可以完全消除由于多径带来的码间干扰影响。如果采用循环前缀(CP)作为保护间隔,还可以避免由于多径传播带来的信道间千扰(ICDOFDM的系统模型如图2-1所示,串行数据信息经过编码成为符号率为7的数据符号,然后经过串并转换,形成了N个数据符号向量,表示为S~SM。此时并行数据符号率为∥(NTs),就是说,并行符号的持续时间是串行时间的N倍。数据向量S~SM经过离散傅立叶反变换后得到s~syr如果Snk表示第n个符号,第k个子载波的DFT输出,则上述过程可表示为2OFDM系统基本原理和同步性能分析么keny再经过并串转换,添加时间为T的保护间隔,数模转换,便被送入信道部分。保护间隔的长度应大于信道的最大时延扩展,这样可以消除符号间干扰(S)和多径所造成的载波间干扰CD影响,但同时也将符号的传输效率降为rg/(T+)。这样所有的OFDM符号构成的表达示为:0)、C>,m((+)(22)在接收部分,信道中的OFDM信号经过模数转换,去除保护间隔,然后串并转换,通过N点的离散傅立叶变换DFT),再经过并串转换和相应的解码便得到输出数据。接收端的采样信号为:r(mr)=∑(m)5(m-)+m(m)(23)其中,n(m;)为采样的高斯白噪声。串行数据输入串/并变换编码映射IFFT并/串变换插入循环前缀数模转换信道串行数并据输出」串均衡FFT变换串/并变换去掉循环前缀模数转换图2-10FDM系统的基本模型Fig 2-1 The Basic Model of OFDM system212申并变换数据的串/并变换就是将串行数据流变换成并行数据流同时进行传输。这与传统的串行数据传输形式是不一样的。OFDM在发送端进行IDFT之前必须进行串并转换,其中的目的之一是为了更方便的进行调制,同时由于数据符号传输时间的相应延长,可以减少多径无线信道的影响。当一西安理工大学硕士学位论文个OFDM符号在多径无线信道中传输时,频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减,从而引起比特错误。这些在信道频率响应上的零点会造成在临近的子载波上发射的信息受到破坏,导致在每个符号中出现一连串的比特错误。与一大串错误连续出现的情况相比较,大多数前向纠错编码(FEC)在错误分布均匀的情况下会工作的更有效。所以,为了提高系统的性能,大多数系统采用数据加扰作为串并转换上作的一部分。这可以通过把每个连续的数据比特随机地分配到各个子载波上来实现。在接收机端,进行一个对应的逆过程解出信号。这样,不仅可以还原出数据比特原来的顺序,同时还可以分散由于信道衰落引起的连串的比特错误使其在时间上近似均匀分布。这种将比特错误位置的随机化可以提高前向纠错编码(GEC)的性能,并且系统的总的性能也得到改进为了更加清晰的看到OFDM系统的优越性,表2-1列出了单载波和多载波传输方式在符号时间、速率、频率带宽和对IsI敏感度等几个方面的比较。其中,N为子载波个数,T为一个OFDM符号的持续时间。表21单载波和多载波传输方式的比较Table2-1 Comparison of transmission between single carrier and multi-carriers传输方式系统参数单载波多载波符号时间T/NT速率N/T1T总频带带宽2*N/T2*N/+N*05/(假设保护带宽为0.5T)IsI敏感度较敏感较不敏感2.1.3子载波调制OFDM符号是由多个经过调制的子载波信号叠加组成。如果用N表示子信道的个数,T表示OFDM符号的宽度,d1=(i=0,1,…,N-1)是分配给每个子信道的数据符号,」是序号为0的子载波的载波频率,rer()=1,H≤T/2为矩形窗函数,则从r=,开始的OFDM符号可以用下式表示:TRerect f-texp j2 f C+3(,t≤t≤l+T1=0(t)=0tt+T在多数文献中,通常采用复等效基带信号形式来描述OFDM信号,如下所示:
- 2020-12-08下载
- 积分：1
