【正文】 17 采樣率同步 ........................................................................................ 17 同步偏差對 OFDM 系統(tǒng)性能的影響 ........................................................ 18 頻率偏差 ............................................................................................ 18 符號定時偏差 .................................................................................... 18 樣值同步偏差 .................................................................................... 19 第 4 章 OFDM 系統(tǒng)同步算法 .................................................................................. 21 定時同步算法 ................................................................................................ 21 目錄 V 算法簡介 ............................................................................................ 21 Schmidl 定時算法 .............................................................................. 22 Minn 定時算法 .................................................................................. 24 Park 定時算法 ................................................................................... 25 OFDM 頻偏估 計算法 .................................................................................. 26 小數(shù)頻偏估計 .................................................................................... 27 整數(shù)頻偏估計 .................................................................................... 27 算法推薦 ............................................................................................. 27 結(jié)論 .............................................................................................................................. 30 參考文獻 ...................................................................................................................... 32 論文附件 ...................................................................................................................... 33 一、英文 原文 ： .................................................................................................. 33 二、英文翻譯 : .................................................................................................... 35 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 研究背景與意義 正交頻分復(fù)用 (OFDM)作為一種特殊的多載波傳輸方案可以減輕由無線信道的多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的影響，并且還可以通過插入保護間隔和循環(huán)前綴來最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾 (ISI)和信道間干擾 (ICI)。自從 20 世紀(jì) 80 年 代以來， OFDM 已經(jīng)在數(shù)字音頻廣播 (DAB)、數(shù)字視頻廣播 (DVB)、基于 標(biāo)準(zhǔn)的無線本地局域網(wǎng) (WLAN)以及有線電話網(wǎng)上基于現(xiàn)有銅雙絞線的非對稱高比特數(shù)字用戶線技術(shù) (例如 ADSL)中得到了應(yīng)用，其中大都利用了 OFDM 可以有效地消除信號多徑傳播所造成符號間干擾的這一特性。但是對于像 OFDM 這樣的多載波系統(tǒng)，載波頻率的偏移會對系統(tǒng)造成很大的影響，因此對頻率偏差敏感是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點之一，而且如果不采取措施對這種信道間干擾加以克服，會給系統(tǒng)性能帶來非常嚴(yán)重的地板效應(yīng)。而對于移動 無線通信來說，無線信道的時變性會或多或少地影響載波頻率，使其發(fā)生偏移，從而破壞 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)子載波之間的正交性。因此實現(xiàn)準(zhǔn)確的同步，減少 ISI 和 ICI 對系統(tǒng)性能的影響，是 OFDM 系統(tǒng)能得到廣泛應(yīng)用的前提條件之一。 OFDM 發(fā)展和現(xiàn)狀 正交頻分復(fù)用（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）是一種能夠很好地對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾的特殊多載波傳輸方案，最早起源于 20 世紀(jì) 50 年代末期，直到 80 年代中期，隨著歐洲在數(shù)字音頻廣播中采用OFDM 調(diào)制，該 方法才開始受到關(guān)注并且得到廣泛的應(yīng)用。 多載波并行傳輸發(fā)展 多載波傳輸實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)多載波傳輸將全部可用頻帶分作 N 個互不重疊的子信道，分別由 N 路較低速率的子數(shù)據(jù)流調(diào)制后并行傳輸，如圖 所示。這 N 路子數(shù)據(jù)流通常是高速數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換得來的 ,子數(shù)據(jù)流速率僅為原來的 1/N。符號周期擴大為原來的 N 倍。這樣保證數(shù)據(jù)符號的持續(xù)時間遠大 第 1 章 緒論 2 于信道的時延擴展，以避免復(fù)雜的信道均衡。同時將瑞利衰落造成的突發(fā)錯誤有效的隨機化，使只是多個符號受到輕損傷，而不是幾個相鄰符號完全被破壞。多載波傳輸先天具有很強的 抗無線信道多徑衰落和抗脈沖干擾的能力，適合于高速無線數(shù)據(jù)傳輸。 圖 多載波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（ g（ t）是匹配濾波器） 多載波傳輸技術(shù)有多種等效提法，如正交頻分復(fù)用 (OFDM)、離散多音調(diào)制 (DMT)和多載波調(diào)制 (MCM)。三種提法一般情況下等同，只是在 OFDM 中各子載波保持相互正交，而在 MCM 中這一條并不總能成立。 子載波存在三種設(shè)置方案：第一種是傳統(tǒng)的頻分復(fù)用，它將整個頻帶劃分為 N 個互不重疊的子信道，如圖 所示。并在接收端用濾波器組進行分離。 圖 使用成形濾波器的頻分復(fù)用信號頻譜 傳統(tǒng)頻 分復(fù)用由于通常使用的矩形脈沖相應(yīng)的頻譜有拖尾，因此必須使用信道成型濾波器，限制已調(diào)信號的帶寬，使相鄰信道頻譜不重疊，避免互相干擾，為了接收端濾波的實現(xiàn)，子信道間通常加入保護間隔。這種方法頻譜利用率低，多個濾波器的實現(xiàn)也有困難。 第二種采用偏置 QAM(SQAM)技術(shù)，在 3dB 處載波頻譜重疊，如圖 所示。其復(fù)合譜是平坦的，子帶的正交性通過交錯同相或正交子帶數(shù)據(jù)得到 (即將數(shù)據(jù)偏移半個周期 )。 第 1 章 緒論 3 圖 3dB 頻分復(fù)用 第三種即正交頻分復(fù)用 OFDM，各子載波有 1/2 的重疊，如圖 所示。但各子載波保持相互 正交，在接收端通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出來，避免使用濾波器組，同時使頻譜效率提高近一倍。 圖 OFDM 頻譜示意圖 OFDM 發(fā)展與現(xiàn)狀 正交頻分復(fù)用 (OFDM)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作一種復(fù)用技術(shù)。 OFDM 思想最早可以追溯到上個世紀(jì)50 年代末期。 60 年代，人們對多載波調(diào)制做了許多理論上的工作，論證了在存在符號間干擾的帶限信道上采用多載波調(diào)制可以優(yōu)化系統(tǒng)的傳輸性能。這一時期， OFDM 主要用于軍用高頻通信系統(tǒng)，例如 KINEPLEX、 ANDEFT 和 KATHRYN，以 KATHRYN 為例，其中的可變速率的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以最多使用 34 個并行低速調(diào)相子信道，每個子信道之間的間隔為 82Hz。早期的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)都是使用正弦波發(fā)生器組和相干解調(diào)器組實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，當(dāng)子信道數(shù)目很大時，系統(tǒng)復(fù)雜性太高，造價昂貴難以接受。 1971 年， Weinstein和 Ebert 在 IEEE 雜志上發(fā)表了用離散傅立葉變換實現(xiàn)多載波調(diào)制的方法，避免使用頻分復(fù)用系統(tǒng)中的子載波發(fā)生器組和相干解調(diào)器組，使得全數(shù)字化的OFDM 實現(xiàn)成為可能。 80 年代，人們對 OFDM 技術(shù)在高速調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字移動通信 等領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了較為深入的研究，但由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，OFDM 沒有得到廣泛的應(yīng)用；進入 90 年代以來， OFDM 技術(shù)的研究深入到無 第 1 章 緒論 4 線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸，它作為一種寬帶無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢很突出，而且可以利用有效的新技術(shù)去修正和彌補自身的固有缺點，因而被廣泛應(yīng)用于民用通信系統(tǒng)中。 1995 年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 (European Telemunications Standards Institute, ETSI)制定 DAB(Digital AudioBroadcasting)標(biāo)準(zhǔn)，這是第一個使用 OFDM 的標(biāo)準(zhǔn)； 1997 年，基于 OFDM 的 DVB(Digital Video Broadcasting)標(biāo)準(zhǔn)也開始投入使用；在 ADSL 應(yīng)用中， OFDM 被典型地當(dāng)作離散多音調(diào)制(Discrete MultiTone modulation, DMT)，成功地應(yīng)用于有線環(huán)境中； 1998 年 7月， 標(biāo)準(zhǔn)組決定選擇 OFDM 作為 WLAN(工作于 5GHz 波段 )的物理層接入方案。這是 OFDM 第一次被用于分組業(yè)務(wù)通信中。此后， ETSI、BRAN(Broad Band Radio Access Networks)以及 MMAC(Multimedia Mobile AccessCommunication Systems)也紛紛采用 OFDM 作為其物理層的標(biāo)準(zhǔn)。近年來，由于數(shù)字信號處理 (DSP)技術(shù)的飛速發(fā)展， OFDM 作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，更引起了廣泛關(guān)注。目前，人們正在考慮在基于 標(biāo)準(zhǔn)的無線城域網(wǎng)、基于 標(biāo)準(zhǔn)的個人信息網(wǎng)以及第四代移動通信系統(tǒng)中使用 OFDM 技術(shù)。 OFDM 關(guān)鍵技術(shù) OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面 [1]： 同步：在單載波系統(tǒng) 中，載波頻率的偏移只會對接收信號造成一定的衰減和相位旋轉(zhuǎn)，這可以通過均衡等方法來加以克服。而對于多載波系統(tǒng)來說，載波頻率偏移會導(dǎo)致子信道之間產(chǎn)生干擾，而且對于要求子載波保持嚴(yán)格同步的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)來說，準(zhǔn)確的同步顯得更加重要。 信道估計：在 OFDM 系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題：一是導(dǎo)頻信息的選擇，由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷地傳送；二是復(fù)雜度較低和導(dǎo)頻跟蹤能力良好的信道估計器的設(shè)計。 信道編碼和交織：為了提高系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是普遍采用 的方法，對于衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織技術(shù)。實際應(yīng)用中，通常同時采用信道編碼和交織技術(shù)，進一步改善整個系統(tǒng)的性能。 第 1 章 緒論 5 降低峰值平均功率比：高的 PAR 使得 OFDM 系統(tǒng)得性能大大下降甚至直接影響實際應(yīng)用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號畸變技術(shù)、信號擾碼技術(shù)和基于信號空間擴展等降低 OFDM 系統(tǒng) PAR 的方法。 均衡：在一般衰落環(huán)境下 OFDM 系統(tǒng)中均衡不是有效改善系統(tǒng)性能的方法；在高度散射的