【正文】 示： 這些采樣點(diǎn)一定包括一個(gè)完整的長(zhǎng)度為 gNN? 的 OFDM 符號(hào)， 而另外 N個(gè)采樣點(diǎn)則來(lái)自其前面或后面的 OFDM 符號(hào)。 基于導(dǎo)頻 的符號(hào) 細(xì) 同步方法 上一節(jié)分析了基于循環(huán)前綴的符號(hào)定時(shí)粗同步的方法 。 高速的分組傳輸要求同步時(shí)間盡可能的短，最好只相當(dāng)于幾個(gè) OFDM 符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度。 26,26S? 的譜線只在自載波索引為 4 的整數(shù)倍的地方不 為 0，所以經(jīng)過(guò) IFFT 后在時(shí)域上必然以 16 為周期，加上循環(huán)前綴（循環(huán)前綴的長(zhǎng)度也正好為 16），并再重復(fù)一遍，就產(chǎn)生了如上圖所示的 10 個(gè)完全相同的短訓(xùn)練符號(hào)，每個(gè)短訓(xùn)練符號(hào)包含 16 個(gè)采樣點(diǎn)。 基于訓(xùn)練符號(hào)的同步方法能夠?qū)崿F(xiàn)OFDM 符號(hào) 的快速同步 ，適用于突發(fā)分組傳輸。 下圖是在高斯白噪聲信道下，用單個(gè)符號(hào)來(lái)進(jìn)行同步估計(jì) ，在不同的信躁比條件下得到的仿真結(jié)果。 可見(jiàn)如果在幾個(gè) OFDM符號(hào)時(shí)間內(nèi)參數(shù) ? 保持不變的話，對(duì)幾個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行平均，則 同步 性能可以得到進(jìn)一步的改善。 從上圖可以看出，當(dāng)子載波數(shù)很少時(shí)，同步性能急劇惡化，因?yàn)榇藭r(shí)不能再 看作是復(fù)高斯隨機(jī)過(guò)程。 下圖 是用了 10 個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行估計(jì)，然后求平均，得到 不同 信躁比條件下 的仿真結(jié)果， 每個(gè)符號(hào)等間隔插入 8 個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。 基于前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào)的 符號(hào) 同步算法以無(wú)限局域網(wǎng) 的幀結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行的算法仿真，因?yàn)榫唧w不同的通信系統(tǒng)的幀 結(jié)構(gòu)差異較大。 重點(diǎn) 對(duì) OFDM 關(guān)鍵技術(shù)之一 —— 符號(hào) 同步技術(shù)做了 研究分析， OFDM 符號(hào) 定時(shí)同步又細(xì)分為幀分組 同步 （“幀分組同步”的說(shuō)法主要用在 等突發(fā)通信系統(tǒng)中，因?yàn)楸容^常用，所以單獨(dú)拿出來(lái)講，籠統(tǒng)地講 可認(rèn)為是符號(hào)同步，這里說(shuō)“幀分組同步”只是為了沿襲常用的說(shuō)法。他 廣博精 深的知識(shí)。 研究了基于 前導(dǎo) 訓(xùn)練符號(hào)的、基于循環(huán)前綴和導(dǎo)頻的 OFDM 符號(hào)同步算法，對(duì) 基于前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào)的 同步算法參考 的數(shù)據(jù) 幀 結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)行了仿真和性能分析； 對(duì)基于循環(huán)前綴和導(dǎo)頻的符號(hào)同步算法進(jìn)行了一般條件下的 仿真和性能分析?；灸軌驖M(mǎn)足突發(fā)分組的需要。 從圖中 可以看出 “用導(dǎo)頻進(jìn)行細(xì)估計(jì) 的精確度還是很高的，在信躁比 SNB大于 3dB 的情況下，基本就可以無(wú)偏的估計(jì)出同步的位置。這是因?yàn)樵谒ヂ湫诺拉h(huán)境下， OFDM 符號(hào)中的相關(guān)特性遭到破壞。 下圖是在高斯白噪聲信道下，用 20 個(gè)連續(xù)符號(hào)來(lái)進(jìn)行同步估計(jì)，然后對(duì)估計(jì)結(jié)果求平均，在不同的信躁比條件下得到的仿真結(jié)果。橫坐標(biāo)為不同的信躁比，單位為 dB，縱坐標(biāo)為同 步位置的 均方 偏差 ，用采樣間隔為單位 。 第四章 OFDM 的符號(hào)同步算法仿真 上一章對(duì) OFDM 的符號(hào)同步算法 進(jìn)行了理論上的研究，本章主要對(duì) 上一章提出的 OFDM 的符號(hào)同步算法 進(jìn) 行 matlab 仿真 ，通過(guò)仿真驗(yàn)證 上一章 提出的OFDM 的符號(hào)同步算法 是否可行，并簡(jiǎn)要分析不同算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和優(yōu)缺點(diǎn)。圖中的參數(shù) nc 和 np 通過(guò)下式計(jì)算得到。 在突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)（如 ）中，這些訓(xùn)練符號(hào)常常被稱(chēng)為前導(dǎo)（ Preamble）。因此有必要在接收端 FFT 之后對(duì)符號(hào)定時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)估計(jì)，以盡量糾正符號(hào)定時(shí)偏差對(duì) OFDM 系統(tǒng)的影響。在圖中，定義一個(gè)隨機(jī)時(shí)間變量 ? ： ? 是循環(huán)前綴中最后一 個(gè)采樣點(diǎn)的位置 ，同時(shí)定義以下兩個(gè)采樣點(diǎn)索引集合： g??? ? ? ? ? ??? ? ?， gNN???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 式中 ? 表示循環(huán)前綴中采樣點(diǎn)的索引， ?? 表示復(fù)制到循環(huán)前綴中的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的索引。 符號(hào)定時(shí)的偏移可由下圖來(lái)形象的說(shuō)明： OFDM 的 符號(hào)同步方法 首先明確一點(diǎn) ，這里討論 OFDM 的 符號(hào) 同步算法都是在假設(shè)抽樣時(shí)鐘同步是理想的前提下進(jìn)行的（因?yàn)槌闃訒r(shí)鐘偏差也會(huì)影響同步）。 在 AWGN 信道的前提下，接收端接收到的信號(hào)為： ? ?( ) [ ( ) e x p ( ( 2 ) ) ( ) ] e x p ( ( 2 ) )ccy t s t j f t t j f t? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?( ) e x p ( ( 2 ) ) ( ) e x p ( ( 2 ) )c cs t j f t t j f t? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?……… () 其 中 ()t? 代表高斯白噪聲。 ） 用于 確定一個(gè)數(shù)據(jù) 幀 的開(kāi)始位置，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù) 幀 的有無(wú)來(lái)判斷發(fā)送端是否 已開(kāi)始 發(fā)送信號(hào)； 符號(hào) 同步的目的在于 接收端正確的定出 OFDM 符號(hào) 有用 數(shù)據(jù)部分的開(kāi)始位置 ， 在接收機(jī)對(duì)子載波進(jìn)行解調(diào)之前必須找出符號(hào)邊界的位置，才可能使得信道間干擾（ ICI）和符號(hào)間干擾（ ISI）最小 。 最后介紹了如何選擇OFDM 的 基本 參數(shù) ， 從而 在各種不同情況下作出良 好的折衷 獲得最佳的性能 。插入循環(huán)前綴會(huì)帶來(lái)的信躁比損失。 為了對(duì)抗這種載波間干擾（ ICI） ,在 保護(hù)間隔 內(nèi)插入 OFDM 符號(hào)最后 gT 時(shí)間內(nèi)的樣點(diǎn)，即把 OFDM 符號(hào)最后 gT 時(shí)間內(nèi)的樣點(diǎn)復(fù)制到 OFDM 符號(hào)的前面，形成前綴，這樣在交接點(diǎn)沒(méi)有任何間斷。對(duì)于子載波數(shù)量非常大的 OFDM 系統(tǒng)，可以進(jìn)一步采用基 4IFFT 算法來(lái)實(shí)施傅利葉變換。 這種正交性也可以從頻域來(lái)分析，對(duì)式 ()進(jìn)行傅立葉變換得到的信號(hào)頻譜是多個(gè) sinc函數(shù)的疊加。 接收端進(jìn)行與發(fā)送端相反的操作，將射頻（ RF， Radio Frequency）信號(hào)與基帶信號(hào)進(jìn)行混頻處理，并用 FFT 變換分解成頻域信號(hào)，子載波的幅度和相位被采集出來(lái)轉(zhuǎn)換回原數(shù)字信號(hào)。 而且 OFDM 各子載波 調(diào)制模式可隨信道條件進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié) ，即每個(gè)子載波的調(diào)制模式是可變化的，因而每個(gè)子載波可傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)也是 可以變化的，所以串 /并變換需要分配給每個(gè)子載波 數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度是不一樣的，在接收端進(jìn)行相反的過(guò)程，從各個(gè)子載波來(lái)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換回原始的數(shù)據(jù)比特。 第三章著重 分析了 符號(hào) 定時(shí)偏差對(duì)系統(tǒng)的影響， 研究了 OFDM的 符號(hào) 同步算法。 在無(wú)線接入領(lǐng)域， 無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802. 11 協(xié)議群、無(wú)線域 域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802. 16 協(xié)議群、 HIPERLANII 以及 MMAC 都將 OFDM作為物理層的傳輸手段。 OFDM 技術(shù) 已在 ETSI 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù)字視頻廣播（ DVB）、 無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）等系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且在綜合無(wú)線接入領(lǐng)域也將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 。 峰值平均功率比技術(shù)。 在發(fā)送端采用 快速 傅利葉 反變 換 (IFFT)，把頻域的調(diào)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)域 的信號(hào)發(fā)送出去，在接收端，通過(guò)快速 傅利葉 變換(FFT)把接收到 的時(shí)域信號(hào) 再 轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，然后進(jìn)行判決解調(diào)，恢復(fù)頻域的調(diào)制信息。它的主要優(yōu)點(diǎn)為 : （ 1） 頻率 利用率 高 。 基于 未來(lái)的通信對(duì)傳輸速率 要求更高，人們已經(jīng)開(kāi)始研究第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，或稱(chēng)之為 下一代 (Beyond 3G)移動(dòng)通信系統(tǒng) 。 隨后幾年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織 ETST 以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)完成了 GSM 900MHZ 和 1800MHZ（ DCS）的規(guī)范 ，1992 年世界上第一個(gè) GSM 網(wǎng)在芬蘭投入運(yùn)營(yíng)。 1978 年底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室成功研制出高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（ AMPS），建成了蜂窩狀的模擬移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。 對(duì) 基于訓(xùn)練符號(hào)的 符號(hào) 同步算法 參考 幀 結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了仿真和性能分析； 對(duì) 基于循環(huán)前綴和導(dǎo)頻的符號(hào) 同步 算法 進(jìn)行了 一般條件下的仿真和性能分析。 信息工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 OFDM 符號(hào) 同步 技術(shù) 研究 姓名： 李明 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 工學(xué)學(xué) 士 專(zhuān)業(yè)： 通信 系統(tǒng) 院系： 理學(xué)院一旅二隊(duì) 學(xué)號(hào)： 3582022035 指導(dǎo)教師： 汪濤 摘要 隨著多媒體和 Inter在無(wú)線領(lǐng)域 應(yīng)用的迅猛發(fā)展，人們對(duì)高速移動(dòng)通信的要 求 也 越來(lái)越高。最后又對(duì) OFDM符號(hào)同步的一些算法進(jìn)行仿真，分析了各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。 現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù) 的 發(fā)展始于 20 世紀(jì) 20 年代，但是一直到 20 世紀(jì) 70 年代中期，才迎來(lái)了移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展。 1987年 ， GSM 選定基于時(shí)分多址 TDMA 的無(wú)線傳輸技術(shù) 。雖然 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 較第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提高了上千倍，但仍然滿(mǎn)足不了未來(lái) 多媒體通信的要求。 OFDM 的優(yōu) 越性 OFDM的基本思想是將高速輸入的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行串 /并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成若干并行的低速數(shù)據(jù)流，映射到 OFDM符號(hào)的不同子載波上進(jìn)行傳輸， 各個(gè)子載波并行傳輸， 這樣每個(gè)子信道的符號(hào)周期就會(huì)相對(duì)增加，可有效降低 ISI的不利影響。 近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多 DSP芯片的運(yùn)算能力越來(lái)越快，更進(jìn)一步推動(dòng)了 OFDM技術(shù)的發(fā)展。 因此 同步性能的好壞 直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。 近幾年 ， 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)和超大規(guī)模集成電路 (VLSI)技術(shù)的發(fā)展 則 極大的促進(jìn) 了 OFDM 技術(shù)的應(yīng)用 。 在 XDSL/ADSL 等有線接入技術(shù)中， OFDM 被典型地當(dāng)作離散多音調(diào)制DMT(Discrete Multitone)。 第二章 主要 介紹 了 OFDM系統(tǒng)的基本 原理， 研究分析 了 OFDM調(diào)制技術(shù) 和基于 FFT的實(shí)現(xiàn) ，是本 論 文的主要理論基礎(chǔ) 。 OFDM 是 一種子載波相互重疊的 MCM，因此 OFDM 除了具有上述 MCM 的優(yōu)勢(shì)外，還具有頻率利用率高的優(yōu)點(diǎn)， OFDM 系統(tǒng)中的各個(gè)子載波是嚴(yán)格正交的，它們雖然在頻域相互重疊，卻能在接收端被分離出來(lái)。 但這種復(fù)雜性的節(jié)約意味著該收發(fā)機(jī)不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收操作。而對(duì)其他子載波來(lái)說(shuō)，由于在積分間隔頻率差 ( )/i j T? 可以產(chǎn)生整數(shù)倍個(gè)周期，所以 積分結(jié)果為 0。 N點(diǎn)的 IDFT運(yùn)算需要實(shí)施 2N 次 復(fù)數(shù)乘法，而 IFFT 可以顯著降低運(yùn)算的復(fù)雜度，對(duì)于常用的基 2 IFFT 算法來(lái)說(shuō)，其復(fù)數(shù)乘法僅為 2( / 2)logNN，但是隨著子載波數(shù) N 的增加，這種方法的復(fù)雜度也會(huì)顯著增加。從圖中可以看到，在 FFT 運(yùn)算時(shí)間內(nèi)， 第一個(gè)子載波和 第二個(gè)子載波 時(shí)延信號(hào)的周期差不再是整數(shù)，所以接收機(jī)在對(duì)第一個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第二個(gè)子載波 時(shí)延信號(hào)會(huì)對(duì)第一個(gè)子載波造成干擾。 在多徑時(shí)延長(zhǎng)度選定后，就可以確定循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，只要 保證 循環(huán)前綴的長(zhǎng)度 滿(mǎn)足條件 g maxT ?? 就可以了。 本章小結(jié) 本章 介紹了 OFDM 的基本原理 ，詳細(xì)研究了 OFDM 的保護(hù)間隔、 循環(huán)前綴的作用 ， 通過(guò)本章的分析 可以看到：作為一種多載波通信技術(shù)， OFDM 具有較高的頻譜利用率和系統(tǒng)容量，可以有效的對(duì)抗多徑衰落，特別是保護(hù)間隔、循環(huán)前綴的加入大大增強(qiáng)了 OFDM 系統(tǒng)對(duì)抗多徑衰落的能力。 其中幀分組同步（“ 幀 分組同步 ”的說(shuō)法主要用在 等突發(fā)通信 系統(tǒng) 中，因?yàn)楸容^常用，所以 單獨(dú)拿出來(lái) 講 ，籠統(tǒng)地 講可認(rèn)為是 符號(hào)同步 ，這里 說(shuō)“幀分組同步” 只是 為了 沿襲 常用的說(shuō)法。 在發(fā)送端，串行發(fā)送的數(shù)據(jù) id 首先進(jìn)行串 /并變換成并行的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行逆傅利葉變換，再經(jīng)并 /串轉(zhuǎn)換后得到數(shù)據(jù)流 kS ，接著插入循環(huán)前綴，再進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換得到 模擬信號(hào) ()st ，調(diào)制到載波 cf 上送到信道中傳輸。 但是如果符號(hào)定時(shí)地偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和大于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)信息的丟失 ，而且最為嚴(yán)重的是子載波之間的正交性也被破壞了，進(jìn)而帶來(lái)了 符號(hào)間干擾（ ISI）和載波間干擾（ ICI），這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，是我們要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。 信道時(shí)延對(duì)于接收機(jī)是未知的，因此在符號(hào)定時(shí)同步之前 OFDM 符號(hào)的開(kāi)始位置也是未知的。 但是粗估計(jì)所給出的FFT 窗口開(kāi)始位置往往并非實(shí)際的 OFDM 符號(hào)的開(kāi)始位置，而是超 前幾個(gè)采樣點(diǎn)（ 系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)值為 4~6 個(gè)采樣點(diǎn)）。為了達(dá)到這一要求，就可以使用對(duì)于接受端來(lái)說(shuō)已知的特殊的訓(xùn)練符號(hào)，通過(guò)接收到的完整的訓(xùn)練符號(hào)來(lái)達(dá)到同步的目的。 可用延時(shí)相關(guān)算法實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的幀分組 檢測(cè)，利用短訓(xùn)練符號(hào)的周期性，其實(shí)現(xiàn)框圖如下： 其中滑動(dòng)窗口 C 計(jì)算接收信號(hào)盒接收新年好延時(shí) D 個(gè)采樣點(diǎn)的互相關(guān)系數(shù)，延時(shí) D 等于短訓(xùn)練符號(hào)的周期（此處 D=16）；滑動(dòng)窗口 P 計(jì)算接收信號(hào)的能量。 基于循環(huán)前綴的 同步方法 可以實(shí)現(xiàn)符號(hào)粗同步；基于導(dǎo)頻的 同步方法可以實(shí)現(xiàn)符號(hào)細(xì)同步， 兩者結(jié)合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn) OFDM 符號(hào)的精確定位 。參數(shù)情況為： N=1024， gN =200,多徑時(shí)延為 100， 采用 BPSK 調(diào)制。 而且 在大信噪比時(shí)多徑信道中的時(shí)頻估計(jì)出現(xiàn)誤差地板效應(yīng)，即定時(shí)估計(jì)方差不隨著信噪比增加而減小 。 基于循環(huán)前綴的最大似然同步算法模型是在 AWGN 信道下建立的， 對(duì)于衰落信道并不完全適用。 橫坐標(biāo)為不同的信躁比，縱坐標(biāo)中“ o” 表示 符號(hào) 粗同步的位置偏差 ， “ *” 表示 符號(hào) 細(xì) 同步的位置偏差 。通過(guò)仿真的結(jié)果來(lái)看，基于前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào)的 符號(hào) 同步算法可以快速的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步，準(zhǔn)確度也較高。） 和符號(hào)同