题目：高速高动态OFDM系统子载波间干扰抑制技术研究与设计实现

        正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）技术因其对频率选择性信道的鲁棒性和高效的频谱利用率，受到通信领域的广泛关注。众多标准都采用OFDM技术作为其核心技术支撑，如地面数字视频广播（Digital Video Broadcast- Terrestrial, DVB-T），无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）以及中国地面数字电视传输标准（Digital Terrestrial Broadcasting System，DTMB）。但是，随着需要传输的信息数据量大规模地增加，载频以及终端移动速度的提高，OFDM系统中子载波的正交性受到破坏，由此产生的子载波间干扰（Inter Carrier Interference，ICI）将严重破坏系统性能。因此子载波间干扰抑制技术的研究将为下一代OFDM无线通信系统在高速率，高动态条件下的传输质量提供保障。

        本文以国家重大专项地面数字电视广播传输标准以及载人航天重点预研项目某频段测控技术研究OFDM在测控通信系统中的应用技术仿真及研究子专题为背景，从OFDM系统子载波间干扰产生的原因出发，对干扰的抑制方法以及设计实现进行了深入研究。具体而言，分别针对相位噪声、频率偏差以及多径环境下多普勒频展产生的ICI建立模型，分析各种成因对系统性能的影响，提出了有效的ICI抑制补偿算法，主要内容涉及相位噪声估计、系统均衡、大范围频偏估计、时变信道估计以及芯片设计等方面。论文的创新性工作及主要研究成果如下：


针对国家地面数字电视传输标准帧结构，提出了帧头信道估计与帧体传输系统信息信令（Transmission Parameter Signaling，TPS）联合的低复杂度相位噪声估计和补偿方法。该方法在信道估计过程中设置中间参量，不需要对其具体值求解，解决了帧头公共相位噪声(Common Phase Error, CPE)难于精确求解的问题并且减少了计算量；而对相噪和信道的补偿分别在时域和频域通过单抽头均衡器完成，与传统矩阵求逆补偿方法相比较，复杂度极大降低。仿真实验结果表明，在各种信道条件下，当相噪产生的ICI是系统性能衰减的主要影响因素时，使用本文提出的方法能显著降低符号错误率，减小了高速率传输模式下相噪对系统性能的影响。

针对大频偏下伪随机（Pseudo Noise，PN）序列相关性能恶化问题，提出了基于差分互相关和最佳线性无偏估计 (Best Linear Unbiased Estimator，BLUE)方法以及基于数据循环平稳特性的两种频偏估计方法。差分互相关频偏估计使得频偏估计对于帧头位置不敏感，能在帧同步前完成频偏捕获，保持了PN序列的相关性以确保可靠的帧同步。在此基础上利用BLUE方法将频偏估计范围相对于传统差分互相关方法扩大了H倍（H为BLUE中的参数）且估计精度不变。实验验证结果表明，该方法能有效解决星地数传通信系统中的难点之一——大范围频偏问题。该方法已成功应用于背景项目中且顺利通过项目验收。而频偏盲估计方法仅利用信号的循环平稳特性，应用于既定帧结构系统，其对帧头位置不敏感；应用于高速系统，为了能有效地提高数据传输速率，能够不需要辅助数据。仿真实验表明，该方法估计范围大，结构简单，易于硬件实现，为数字电视接收机在大范围频偏情况下准确实现帧同步提供了保障。

为了解决星地链路高速数传系统面临的高动态问题，针对高速数传系统结构，提出了一种基于时域线性信道模型和PN序列帧头信道拟合的时变信道估计算法以及利用循环PN序列的 CP-PN结构进行信道拟合的改进算法。时变信道估计算法解决了高速数传系统时变信道下的信道估计问题，仿真结果表明，其性能优于传统OFDM系统时变信道估计算法，且不存在由于导频的非均匀分布带来的误差平台。针对归一化最大多普勒频偏大于10%时，时域信道线性模型与实际信道误差增大这一问题，将时域信道线性模型改进为一个OFDM符号内斜率变化两次的直线。实验结果表明，改进方法能在更大的多普勒频移环境下消除误差平台，更好地拟合快时变信道的变化。

针对数字电视发射端芯片含有大量宏模块这一特点，提出了将标准单元区域和宏模块区域分块简化为电源电阻网络，分别进行电源网络设计的方法。首先根据功耗以及逻辑关系将整个芯片分为若干区域。在标准单元区域，将标准单元转化为电源电阻网络进行建模，根据模型计算出电压降，在保证最大电压降小于理想电压的5%的前提下设计电源网络；在宏模块区域，先结合宏模块的功耗和面积，并考虑宏模块电源环上的电压降，将这些宏模块等效成参数不同的标准单元，然后按照标准单元区域进行电源设计。通过电压降（IR-Drop）仿真可得，分块电源网络设计较整体电源网络设计在确保了电源可靠性的同时能更有效地节省布线资源，通过地面数字电视多媒体广播全模式发射端芯片的成功流片和所有功能的实现，证明了该电源网络设计方法的实用性和有效性。