【正文】 ......... 10 本章小結(jié) .......................................................................................................... 12 OFDM 系統(tǒng)的同步技術(shù)分析 ...................................................................................... 12 OFDM 系統(tǒng)中的同步原理 ................................................................................... 12 同步偏差對 OFDM 系統(tǒng)性能的影響 ................................................................. 17 載波同步偏差分析 ............................................................................... 17 OFDM 系統(tǒng)的同步算法 ...................................................................................... 18 本章小結(jié) ........................................................................................................ 19 基于循環(huán)前綴的同步算法 ...................................................................................... 19 OFDM聯(lián)合同步算法 .................................................................. 19 ML 估計原理 ........................................................................................... 20 ML 算法仿真估計 .................................................................................... 21 本章小結(jié) ........................................................................................................ 24 總結(jié)與展望 ........................................................................................................... 24 全文總結(jié) ........................................................................................................ 24 ............................................................................................ 25 致謝 ............................................................................................................................... 26 參考文獻 ........................................................................................................................ 27 第 1 頁 共 33 頁 緒論 研究背景 近年來，移動通信技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)從第一代模擬通信系統(tǒng)過渡到第二代數(shù)字通信系統(tǒng)，并已經(jīng)開始第三代移動通信系統(tǒng)的商業(yè)化部署和第四代移動通信技術(shù)標準的研究，網(wǎng)絡(luò)的不斷升級換代帶來了傳輸速率的不斷提高，第三代移動通信系統(tǒng)最大傳輸速率可達到 2Mbps。但在很長一段時間內(nèi) OFDM 技術(shù)由理論向?qū)嵺`邁進的過程放慢了。接著在 1997 年，基于 OFDM 的 DVB(Digital Video Broadcasting)標準也開始采用。 OFDM 由于其頻譜利用率高、成本低等優(yōu)點越來越受到人們的關(guān)注。其中， 時間同步通常按功能和操作過程進一步分為符號定時同步和采樣時鐘同步，符號同步就是確定 FFT 開窗位置，采樣時鐘同步是使收發(fā)兩端的采樣頻率保持一致。由 Y. H. Kim 等人對文獻 [8]提出了一種改進算法 [9],該算法用一個訓(xùn)練序列便能完成符號定時和頻偏估計，該算法在不增加復(fù)雜度的情況下達到了同樣的性能，而且還提高了系統(tǒng)的效率，因為只使用了一個訓(xùn)練序列就完成了符號定時估計和頻率偏移估計。 Ufuk Tureli 等人為了降低類 MUSIC 算法的復(fù)雜度，又提出了 ESPRIT 算法 [12]。本文針對在 ML 算法中，在對利用循環(huán)前綴和其相對應(yīng)部分的相關(guān)性來完成同步的過程中，發(fā)現(xiàn)此類算法中沒有完全利用兩者之間的相關(guān)性，造成了估計性能的降低。這些子載波是相互正交的， 調(diào)制后的頻譜可以互相重疊， 從而提高了頻譜利用率。如果 N 表示子信道的個數(shù) T 表示 OFDM 符號的寬度)1,1,0( ?? Nid i ? 是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號， sf 是第 0 個子載波的載波頻率，2/,1)( tttrect ?? ,則從 stt? 開始的 OFDM 符號可以表示為： ???????????????? ??? tTtt t0 t)])((2e xp [)2()(ss10 s或Ni sscsiTttttTifjTttr e c tdts ? （ ） 第 5 頁 共 33 頁 其中實部和虛部分別對應(yīng)于 OFDM 符號的同相分量和正交分量，在實際系統(tǒng)中可以分別與相應(yīng)子載波的 cos 分量和 sin 分量相乘， 構(gòu)成最終的子信道信號和合成的 OFDM 符號。各子載波信號之 第 6 頁 共 33 頁 間滿足正交性。在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號 id ，可以對 s（ k）進行 DFT變換，得到： ??? ???10 1N0i )2e x p ()(Nii Nkijksd ? () 根據(jù)上述分析可以看到， OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由 IDFT/DFT 來代替。由于在 FFT 運算時間長度內(nèi)，第一個子載波和第二個子載波之間的周期數(shù)不再是整數(shù)，這兩個子載波不再正交，所以當(dāng)接收機試圖對第一個子載波進行解調(diào)時，第二個子載波會對第一個子載波造成干擾。 由前面講 述可知， OFDM 是一種多載波調(diào)制技術(shù)，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。在仿真模型的基礎(chǔ)上，用MATLAB語言編寫出 OFDM 系統(tǒng)的發(fā)送和接收端程序；結(jié)果很好的證明了仿真模型的正確性 在 OFDM 的仿真模型中，待傳源文件經(jīng)過轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)流，進行串并變換成并行數(shù)據(jù)流，并行數(shù)據(jù)調(diào)制形成同相（ I）、正交（ Q）兩路信號采 用 QAM 調(diào)制方式。所以，收端也應(yīng)該是這個輪廓。因此無論從用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用需求，還是從移動通信系統(tǒng)自身的要求考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而 OFDM 系 統(tǒng)可以很容易地通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。 3. OFDM 所采用的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)以及加載算法會增加發(fā)射機和接收機的復(fù)雜度，并且當(dāng)終端移動時速高于 30km 時，信道變化加快，刷新頻率增加，用于跳頻的比特開銷也相應(yīng)增加，因此，自適應(yīng)調(diào)制會變得比較不適合，同時也會降低系統(tǒng)效率。 OFDM 系統(tǒng)的輸出信號是多個相互覆蓋的子信道的疊加，它們之間的正交性有嚴格的要求。但是把大的 PAR 值的 OFDM 信號去掉會影響信號的性能，所以采用的技術(shù)必須保證這樣的影響盡量小，一般通過以 下幾種技術(shù)解決： (a) 信號失真技術(shù)。尤其是在 OFDM 系統(tǒng)中，系統(tǒng)對頻偏比較敏感，所以一般使用相干檢測。在實際中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計器的設(shè)計又是相互關(guān)聯(lián)的，因為估計器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。簡單的說自適應(yīng)調(diào)制就是根據(jù)信道狀況調(diào)整各個子載波的調(diào)制方式，當(dāng)信道條件好時，采用高階的調(diào)制方式，當(dāng)信道條件差時，采用低階的調(diào)制方式。下一章將針對 OFDM 的同步技術(shù)問題加以研究。在發(fā)送端，串行發(fā)送的數(shù)據(jù)流 ??ks 首先經(jīng)過串并變換成并行的數(shù)據(jù)流，進行逆傅立葉變換，在經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后得到數(shù)據(jù)流 ??ns ，插入循環(huán)前綴得到 ??nx ，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換得到模擬信號 ??tx ，調(diào)制到載波 cf 上后送到信道中傳輸。則接收端各點的信號可表示為： )??2()2()??2()2()()( )]()([)(???????????????????????tfjtfjtfjfjccccetetxetetxty （ ） 采樣后得到數(shù)據(jù)流 ??sr ??? ??? ?????? )?2(?? )()( scSs TnfjTntTntn etxtyr 1,2,1,0 ?? Nn ? () 其中 )??2( ?)( sTntctfjet ???? ???? 對數(shù)據(jù)流 ??nr 進行傅立葉變換，并將 ??nr 的表達式帶入上式進行化簡，容易得到 NnkjNn nk erR/210?????? NnkjNnNmTnfjNTTmnjm eeesN scss /21010)?2()/(?21 ???? ? ?????????? ? ?????? ?? ? ?????????? ???? 1010) ) ]?/(?[(2 )(NmNmTfNTkTTmnjmj scsssesNe ??? () ???? ????? ???? ???????? ?)]?/()?[(2)?(210 1?)/(1scsssssTfNTkTTmj scskTTmjNm mje TfNTesNe ?? ? ?? ?????? ??? ?????????fTfNkTTmNjscssscssNm mscseNTfNkTTm TfNTTmsN )?/?)(/11(10 )]/?/?(s i n [)]?/?(s i n [1 1,2,1,0, ?? Nknm ? 其中 Nnkje /2??? ????? 都是由于噪聲所引起的干擾。正是由于存在載波頻率偏差 cf? 、載波相位偏差 ?? 、樣值間隔偏差 sT? 、樣值定時偏差 yt? 和符號定時偏差 ft? ， 第 17 頁 共 33 頁 才使得期望得到的數(shù)據(jù)符號經(jīng)過系數(shù) kkI, 加權(quán)，而且?guī)砹烁蓴_ ????10 ,NkmmmkmIS。為便于分析，假設(shè) 第 18 頁 共 33 頁 0??cf 、 0??? 、 0??sT 且 0??yt 。第一階段（捕獲）的任務(wù)就是要盡快地進行偏差變量估計，解決其捕獲問題；第二階段（跟蹤）的任務(wù)就是能夠鎖定并且執(zhí)行跟蹤任務(wù)。 目前，已有不少文獻對 OFDM 通信系統(tǒng)的各種同步技術(shù)進行了探討 [8][12][15]。為了降低類 MUSIC 頻率同步算法的計算復(fù)雜度， Ufuk Tureli 等人提出了類 ESPRTT 方法的載波頻偏估計算法 [12]。類 MUSIC 算法繼承了子空間算法估計精度高的優(yōu)點，但該算法需要在單位圓上搜索使代價函數(shù)最小的 z 值，計算復(fù)雜度較高。同步器將各偏差變量的較大初始偏差減小到一個較小范圍內(nèi)，如細同步的范圍之內(nèi)，但并不要求實現(xiàn)完全精確的同步。 因此，本文研究的算 法同時考慮了符號定時和頻率偏移估計。 當(dāng) 0??? 時 xc TfNjscsckk eTf TfNSNR ?????? )1()s in ( )s in (1 ??? ??? ? ? ?????