【正文】 此外，由于算法利用虛子載波來構(gòu)造正交的子空間，因而會造成系統(tǒng)傳輸效 率的下降。在細(xì)同步模式中，同步器將各偏差變量的剩 余誤差進(jìn)一步減小，以達(dá)到系統(tǒng)所要求的估計精度。 OFDM 系統(tǒng)的同步算法 在 OFDM 系統(tǒng)中一般把同步分為兩個階 段：捕獲 (acquisition)階段和跟蹤 (tracking)階段。 符號同步偏差分析 OFDM 符號同步，即消除符號定時偏差 ft? 對系統(tǒng)性能的影響。式（ ）右邊的第一項即為所期望得到的數(shù)據(jù)符號項，第二項是其他子載波上傳輸?shù)姆枌ζ谕柕挠绊憽? 第 14 頁 共 33 頁 1. 首先 ，假設(shè)樣值定時和符號定時都已校準(zhǔn)，即 0??? fy tt ，考慮存在頻率偏差 cf? 和抽樣間隔偏差 sT? （抽樣頻率偏差sss TTTf ????11 ）時的情況。在此系統(tǒng)中，符號同步的目的是使接收端確定每個 OFDM 符號的起止時刻，以確定準(zhǔn)確的 FFT 開窗位置，并進(jìn)一步實現(xiàn)塊同步或幀同步；樣值定時同步是為了使接收端確定每個樣值符號的起止時刻；樣值頻率同步則是使接收端 與發(fā)送端具有相同的采樣頻率而設(shè)計的。 本章小結(jié) 本章介紹了 OFDM 系統(tǒng)原理和關(guān)鍵技術(shù)，并且建立了 OFDM的仿真模型其中同步技術(shù)對 OFDM 系統(tǒng)是十分關(guān)鍵的，同步性能的好壞直接影響到接收的性能，一旦同步性能不好， OFDM的整體性能將會嚴(yán)重下降。從而 有效提高頻譜效率。 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，由于無線信道一般是衰落信道，需要不斷對信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷地發(fā)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。 3. 信道估計 接收端使用差分檢測是不需要信道估計，但仍需要一些導(dǎo)頻信號提供初始的相位參考，差分檢測可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和導(dǎo)頻的數(shù)量，但卻降低了信噪比。但是由于出現(xiàn)大的 PAR 的概率并不大，可以把具有大的 PAR 值的 OFDM 信號去掉。當(dāng)采樣錯誤可以校正時，就可以用內(nèi)插濾波器來控制準(zhǔn)確的時間進(jìn)行采樣。這樣就對發(fā)射機(jī)內(nèi)放大器的線性提出了很高的要求， 如果放大器的動態(tài)范圍不能滿足信號的變化，則會為信號帶來畸變，使疊加信號的頻譜發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各個子信道信號之間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生相互干擾，使系統(tǒng)性能惡化。而基站發(fā)送功率可以較大，有可能提供 1Mbit/s 以上的傳輸速率。這明顯就是一個兩邊低，中間高的頻譜形式。下面分析 OFDM 的及技術(shù)特點以關(guān)鍵技術(shù) [30][31] 建立 OFDM系統(tǒng)仿真模型 通過前面介紹 OFDM 的基本原理，給出了系統(tǒng)的仿真模型。OFDM 系統(tǒng)的時頻同步正是基于插入循環(huán)前綴帶來的相關(guān)性進(jìn)行的。 圖 插入 保護(hù)間隔示意圖 第 7 頁 共 33 頁 然而在這種情況下，由于多徑衰落信道傳播的影響，則會產(chǎn)生載波間干擾 , 即子載波之間的正交性遭到破壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾，如圖 所示。令式（ ）中的 )1,1,0(/,0 ???? NkNkTtt s ?,可以得到： 1Nk0 )2e x p ()/()( 10 ???? ???Ni i N kijdNkTsks ? () 式（ ）中， s（ k）即為 id 的 IDFT逆運算。 圖 包含四個子載波的時域圖和頻域圖 圖 ,左邊為時域圖，右邊為頻域圖，從時域圖可以看出，每個子載波在一個 OFDM 符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個周期，而且各個相鄰子載波之間相差一個周期 。 OFDM 系統(tǒng)的 調(diào)制和解調(diào)原理 每個 OFDM 符號包括多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號，其中每個子載波都可以受到相移鍵控 (PSK, Phase Shift Keying) 或者正交幅度調(diào)制 (QAM, Quadrature Amplitude Modulation)符號的調(diào)制。這種并行傳輸體制擴(kuò)展了符號的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。為了降低計算的復(fù)雜度， 文獻(xiàn) [2325]把 ML 迭代算法和迭代算法結(jié)合起來，使得很快就可以實現(xiàn)時頻同步估計，文獻(xiàn) [2628]也針對降低復(fù)雜度進(jìn)行了改進(jìn)。 類 MUSIC 頻率同步算法估計精度高，但計算復(fù)雜度高，而且會造成系統(tǒng)效率的下降。 T. M. Schmidl 和 Cox 在文獻(xiàn) [7]的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的聯(lián)合載波同步和符號定時同步的算法 [8]， 在文獻(xiàn) [8]中采用兩個訓(xùn)練序列，第一個訓(xùn)練序列前后兩半相同，用于符號定時和小數(shù)倍頻偏估計，第二個訓(xùn)練序列完成整數(shù)倍頻偏估計 ， FFT 將經(jīng)過小數(shù)倍頻偏補(bǔ)償之后的訓(xùn)練序列變換到頻域，利用前后兩個訓(xùn)練序列的差分關(guān)系，通過移位搜索估計整數(shù)倍頻偏，該算法在每個 OFDM 符號中使用了兩個訓(xùn)練序列，大大降低了系統(tǒng)的傳輸效率。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 OFDM 系統(tǒng)的同步任務(wù)包括時間同步和載波頻率同步，時間同步的目的是確定 OFDM 符號的開始位置以對數(shù)據(jù)進(jìn)行多載波解調(diào)，載波頻率同步的任務(wù)是解決發(fā)射機(jī)和接收機(jī)由于載波頻率不一致或多普勒頻移造成的信號幅度衰減和子載波信道間干擾問題。隨著 和 第 2 頁 共 33 頁 BRAN HiperLAN/2 的兩個標(biāo)準(zhǔn)在局域網(wǎng)的普及應(yīng)用， OFDM 技術(shù)將會進(jìn)一步在無線數(shù)據(jù)本地環(huán)路的廣域網(wǎng)領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)。 1995 年，由 ETSI(European Telemunications Standard Institute) 制定地 DAB(Digital Audio Broadcasting)標(biāo)準(zhǔn)，成為第一個使用的 ODFM 標(biāo)準(zhǔn)。美國軍方在此時也創(chuàng)建了世界上第一個 MCM(Multicarrier Modulation)系統(tǒng)，在 1970 年衍生出了采用大規(guī)模子載波和頻譜重疊技術(shù)的 OFDM 系統(tǒng)。符號定時偏移估計；頻率偏移估計 Research on basic principle and key technology of OFDM ChenYou (Grade 11,Class 3,Major of Communication Engineering， School of Physics and telemunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China) Tutor: Wang Guibao Abstract: Orthogonal Frequency Division Multiple (OFDM) is an effective and promising technique in future mobile munications. It has efficient bandwidth utilization and the robustness against Multipath delay, and else it is easier to implement the modulation and demodulation. But OFDM is very sensitive to symbol timing offset and carrier frequency offset. When there is a carrier frequency synchronization error in OFDM systems, the orthogonality between subcarriers can39。當(dāng)存在頻率偏差時，子載波之間的正交性遭到破壞，從而引起嚴(yán)重的載波間干擾。在 OFDM 系統(tǒng)中，進(jìn)行精確的時頻偏差估計非常重要。t be maintained, serious intercarrier interference is introduced. Therefore precise timing and frequency offset estimation is very important for OFDM systems. So we study the synchronization of the OFDM systems in the thesis. Main works in the thesis: Firstly, the principle and the primary technology of OFDM systems is introduced in the article, in addition it introduces the advantages and disadvantages of the OFDM systems. Secondly, we study the synchronization principle and analyze the performance influence in OFDM systems which have the errors of timing synchronization、 frequency synchronization and the sampling rate synchronization. Thirdly, the synchronization algorithm based on cyclic prefix of theory analysis and simulation implementation, put forward a kind of make full use of the cyclic prefix and the corresponding part of the correlation of the improved algorithm, which is the focus of future research. Finally, the graduation design made a summary and outlook Keywords: orthogonal frequency division multiplexing； synchronization； symbol timing offset estimation；frequency offset 目錄 緒論 ........................................................................................................................ 1 研究背景 .......................................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................... 2 本文的主要工作及內(nèi)容安排 .............................................................................. 3 OFDM 系統(tǒng)原理及關(guān)鍵技術(shù) ....................................................................................... 4 OFDM 系統(tǒng)原理 ................................................................................................... 4 OFDM 系統(tǒng)的基本模型 .............................................................................. 4 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)原理 ................................................................... 4 保護(hù)間隔和循環(huán)前綴 .............................................................................. 6 建立 OFDM系統(tǒng)仿真模型 .......................................................................... 7 OFDM 技術(shù)的優(yōu)缺點 .......................................................................................... 10 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) .............................................................................