【正文】 示： 這些采樣點一定包括一個完整的長度為 gNN? 的 OFDM 符號， 而另外 N個采樣點則來自其前面或后面的 OFDM 符號。 基于導頻 的符號 細 同步方法 上一節(jié)分析了基于循環(huán)前綴的符號定時粗同步的方法 。 高速的分組傳輸要求同步時間盡可能的短，最好只相當于幾個 OFDM 符號的時間長度。 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 IFFT 后在時域上必然以 16 為周期，加上循環(huán)前綴（循環(huán)前綴的長度也正好為 16），并再重復一遍，就產(chǎn)生了如上圖所示的 10 個完全相同的短訓練符號，每個短訓練符號包含 16 個采樣點。 基于訓練符號的同步方法能夠?qū)崿F(xiàn)OFDM 符號 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，用單個符號來進行同步估計 ，在不同的信躁比條件下得到的仿真結(jié)果。 可見如果在幾個 OFDM符號時間內(nèi)參數(shù) ? 保持不變的話，對幾個連續(xù)的OFDM符號的估計結(jié)果進行平均，則 同步 性能可以得到進一步的改善。 從上圖可以看出，當子載波數(shù)很少時，同步性能急劇惡化，因為此時不能再 看作是復高斯隨機過程。 下圖 是用了 10 個符號的長度來進行估計，然后求平均，得到 不同 信躁比條件下 的仿真結(jié)果， 每個符號等間隔插入 8 個導頻符號。 基于前導訓練符號的 符號 同步算法以無限局域網(wǎng) 的幀結(jié)構(gòu)為例進行的算法仿真，因為具體不同的通信系統(tǒng)的幀 結(jié)構(gòu)差異較大。 重點 對 OFDM 關(guān)鍵技術(shù)之一 —— 符號 同步技術(shù)做了 研究分析， OFDM 符號 定時同步又細分為幀分組 同步 （“幀分組同步”的說法主要用在 等突發(fā)通信系統(tǒng)中，因為比較常用，所以單獨拿出來講，籠統(tǒng)地講 可認為是符號同步，這里說“幀分組同步”只是為了沿襲常用的說法。他 廣博精 深的知識。 研究了基于 前導 訓練符號的、基于循環(huán)前綴和導頻的 OFDM 符號同步算法，對 基于前導訓練符號的 同步算法參考 的數(shù)據(jù) 幀 結(jié)構(gòu)對進行了仿真和性能分析； 對基于循環(huán)前綴和導頻的符號同步算法進行了一般條件下的 仿真和性能分析?；灸軌驖M足突發(fā)分組的需要。 從圖中 可以看出 “用導頻進行細估計 的精確度還是很高的，在信躁比 SNB大于 3dB 的情況下，基本就可以無偏的估計出同步的位置。這是因為在衰落信道環(huán)境下， OFDM 符號中的相關(guān)特性遭到破壞。 下圖是在高斯白噪聲信道下，用 20 個連續(xù)符號來進行同步估計，然后對估計結(jié)果求平均，在不同的信躁比條件下得到的仿真結(jié)果。橫坐標為不同的信躁比，單位為 dB，縱坐標為同 步位置的 均方 偏差 ，用采樣間隔為單位 。 第四章 OFDM 的符號同步算法仿真 上一章對 OFDM 的符號同步算法 進行了理論上的研究，本章主要對 上一章提出的 OFDM 的符號同步算法 進 行 matlab 仿真 ，通過仿真驗證 上一章 提出的OFDM 的符號同步算法 是否可行，并簡要分析不同算法的實現(xiàn)復雜度和優(yōu)缺點。圖中的參數(shù) nc 和 np 通過下式計算得到。 在突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)（如 ）中，這些訓練符號常常被稱為前導（ Preamble）。因此有必要在接收端 FFT 之后對符號定時進行進一步的細估計，以盡量糾正符號定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響。在圖中，定義一個隨機時間變量 ? ： ? 是循環(huán)前綴中最后一 個采樣點的位置 ，同時定義以下兩個采樣點索引集合： g??? ? ? ? ? ??? ? ?， gNN???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 式中 ? 表示循環(huán)前綴中采樣點的索引， ?? 表示復制到循環(huán)前綴中的數(shù)據(jù)采樣點的索引。 符號定時的偏移可由下圖來形象的說明： OFDM 的 符號同步方法 首先明確一點 ，這里討論 OFDM 的 符號 同步算法都是在假設抽樣時鐘同步是理想的前提下進行的（因為抽樣時鐘偏差也會影響同步）。 在 AWGN 信道的前提下，接收端接收到的信號為： ? ?( ) [ ( ) 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 確定一個數(shù)據(jù) 幀 的開始位置，通過檢測數(shù)據(jù) 幀 的有無來判斷發(fā)送端是否 已開始 發(fā)送信號； 符號 同步的目的在于 接收端正確的定出 OFDM 符號 有用 數(shù)據(jù)部分的開始位置 ， 在接收機對子載波進行解調(diào)之前必須找出符號邊界的位置，才可能使得信道間干擾（ ICI）和符號間干擾（ 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)前綴會帶來的信躁比損失。 為了對抗這種載波間干擾（ ICI） ,在 保護間隔 內(nèi)插入 OFDM 符號最后 gT 時間內(nèi)的樣點，即把 OFDM 符號最后 gT 時間內(nèi)的樣點復制到 OFDM 符號的前面，形成前綴，這樣在交接點沒有任何間斷。對于子載波數(shù)量非常大的 OFDM 系統(tǒng)，可以進一步采用基 4IFFT 算法來實施傅利葉變換。 這種正交性也可以從頻域來分析，對式 ()進行傅立葉變換得到的信號頻譜是多個 sinc函數(shù)的疊加。 接收端進行與發(fā)送端相反的操作，將射頻（ RF， Radio Frequency）信號與基帶信號進行混頻處理，并用 FFT 變換分解成頻域信號，子載波的幅度和相位被采集出來轉(zhuǎn)換回原數(shù)字信號。 而且 OFDM 各子載波 調(diào)制模式可隨信道條件進行自適應調(diào)節(jié) ，即每個子載波的調(diào)制模式是可變化的，因而每個子載波可傳輸?shù)谋忍財?shù)也是 可以變化的，所以串 /并變換需要分配給每個子載波 數(shù)據(jù)段的長度是不一樣的，在接收端進行相反的過程，從各個子載波來的數(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 定時偏差對系統(tǒng)的影響， 研究了 OFDM的 符號 同步算法。 在無線接入領域， 無線局域網(wǎng)標準 IEEE 802. 11 協(xié)議群、無線域 域網(wǎng)標準 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 標準的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù)字視頻廣播（ DVB）、 無線局域網(wǎng)（ WLAN）等系統(tǒng)得到了廣泛的應用，而且在綜合無線接入領域也將得到越來越廣泛的應用 。 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)化為時域 的信號發(fā)送出去，在接收端，通過快速 傅利葉 變換(FFT)把接收到 的時域信號 再 轉(zhuǎn)化為頻域信號，然后進行判決解調(diào)，恢復頻域的調(diào)制信息。它的主要優(yōu)點為 : （ 1） 頻率 利用率 高 。 基于 未來的通信對傳輸速率 要求更高，人們已經(jīng)開始研究第四代移動通信系統(tǒng)，或稱之為 下一代 (Beyond 3G)移動通信系統(tǒng) 。 隨后幾年歐洲電信標準組織 ETST 以國際標準為目標完成了 GSM 900MHZ 和 1800MHZ（ DCS）的規(guī)范 ，1992 年世界上第一個 GSM 網(wǎng)在芬蘭投入運營。 1978 年底，美國貝爾實驗室成功研制出高級移動電話系統(tǒng)（ AMPS），建成了蜂窩狀的模擬移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。 對 基于訓練符號的 符號 同步算法 參考 幀 結(jié)構(gòu) 進行了仿真和性能分析； 對 基于循環(huán)前綴和導頻的符號 同步 算法 進行了 一般條件下的仿真和性能分析。 信息工程大學 畢業(yè)設計論文 OFDM 符號 同步 技術(shù) 研究 姓名： 李明 申請學位級別： 工學學 士 專業(yè)： 通信 系統(tǒng) 院系： 理學院一旅二隊 學號： 3582022035 指導教師： 汪濤 摘要 隨著多媒體和 Inter在無線領域 應用的迅猛發(fā)展，人們對高速移動通信的要 求 也 越來越高。最后又對 OFDM符號同步的一些算法進行仿真，分析了各種算法的優(yōu)缺點和適用范圍。 現(xiàn)代移動通信技術(shù) 的 發(fā)展始于 20 世紀 20 年代，但是一直到 20 世紀 70 年代中期，才迎來了移動通信的蓬勃發(fā)展。 1987年 ， GSM 選定基于時分多址 TDMA 的無線傳輸技術(shù) 。雖然 第三代移動通信系統(tǒng) 較第二代移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提高了上千倍，但仍然滿足不了未來 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符號的不同子載波上進行傳輸， 各個子載波并行傳輸， 這樣每個子信道的符號周期就會相對增加，可有效降低 ISI的不利影響。 近年來，隨著數(shù)字信號技術(shù)的迅速發(fā)展，許多 DSP芯片的運算能力越來越快，更進一步推動了 OFDM技術(shù)的發(fā)展。 因此 同步性能的好壞 直接影響整個系統(tǒng)的性能。 近幾年 ， 數(shù)字信號處理 (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 了 OFDM 技術(shù)的應用 。 在 XDSL/ADSL 等有線接入技術(shù)中， OFDM 被典型地當作離散多音調(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的實現(xiàn) ，是本 論 文的主要理論基礎 。 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)勢外，還具有頻率利用率高的優(yōu)點， OFDM 系統(tǒng)中的各個子載波是嚴格正交的，它們雖然在頻域相互重疊，卻能在接收端被分離出來。 但這種復雜性的節(jié)約意味著該收發(fā)機不能同時進行發(fā)送和接收操作。而對其他子載波來說，由于在積分間隔頻率差 ( )/i j T? 可以產(chǎn)生整數(shù)倍個周期，所以 積分結(jié)果為 0。 N點的 IDFT運算需要實施 2N 次 復數(shù)乘法，而 IFFT 可以顯著降低運算的復雜度，對于常用的基 2 IFFT 算法來說，其復數(shù)乘法僅為 2( / 2)logNN，但是隨著子載波數(shù) N 的增加，這種方法的復雜度也會顯著增加。從圖中可以看到，在 FFT 運算時間內(nèi)， 第一個子載波和 第二個子載波 時延信號的周期差不再是整數(shù)，所以接收機在對第一個子載波進行解調(diào)時，第二個子載波 時延信號會對第一個子載波造成干擾。 在多徑時延長度選定后，就可以確定循環(huán)前綴的長度，只要 保證 循環(huán)前綴的長度 滿足條件 g maxT ?? 就可以了。 本章小結(jié) 本章 介紹了 OFDM 的基本原理 ，詳細研究了 OFDM 的保護間隔、 循環(huán)前綴的作用 ， 通過本章的分析 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，可以有效的對抗多徑衰落，特別是保護間隔、循環(huán)前綴的加入大大增強了 OFDM 系統(tǒng)對抗多徑衰落的能力。 其中幀分組同步（“ 幀 分組同步 ”的說法主要用在 等突發(fā)通信 系統(tǒng) 中，因為比較常用，所以 單獨拿出來 講 ，籠統(tǒng)地 講可認為是 符號同步 ，這里 說“幀分組同步” 只是 為了 沿襲 常用的說法。 在發(fā)送端，串行發(fā)送的數(shù)據(jù) id 首先進行串 /并變換成并行的數(shù)據(jù)流，進行逆傅利葉變換，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，再進行數(shù) /模轉(zhuǎn)換得到 模擬信號 ()st ，調(diào)制到載波 cf 上送到信道中傳輸。 但是如果符號定時地偏移量與最大時延擴展的長度之和大于循環(huán)前綴的長度，這時會導致部分數(shù)據(jù)信息的丟失 ，而且最為嚴重的是子載波之間的正交性也被破壞了，進而帶來了 符號間干擾（ ISI）和載波間干擾（ ICI），這將嚴重影響系統(tǒng)的性能，是我們要考慮的關(guān)鍵問題。 信道時延對于接收機是未知的，因此在符號定時同步之前 OFDM 符號的開始位置也是未知的。 但是粗估計所給出的FFT 窗口開始位置往往并非實際的 OFDM 符號的開始位置，而是超 前幾個采樣點（ 系統(tǒng)的經(jīng)驗值為 4~6 個采樣點）。為了達到這一要求，就可以使用對于接受端來說已知的特殊的訓練符號，通過接收到的完整的訓練符號來達到同步的目的。 可用延時相關(guān)算法實現(xiàn) 系統(tǒng)的幀分組 檢測，利用短訓練符號的周期性，其實現(xiàn)框圖如下： 其中滑動窗口 C 計算接收信號盒接收新年好延時 D 個采樣點的互相關(guān)系數(shù)，延時 D 等于短訓練符號的周期（此處 D=16）；滑動窗口 P 計算接收信號的能量。 基于循環(huán)前綴的 同步方法 可以實現(xiàn)符號粗同步；基于導頻的 同步方法可以實現(xiàn)符號細同步， 兩者結(jié)合起來可以實現(xiàn) OFDM 符號的精確定位 。參數(shù)情況為： N=1024， gN =200,多徑時延為 100， 采用 BPSK 調(diào)制。 而且 在大信噪比時多徑信道中的時頻估計出現(xiàn)誤差地板效應，即定時估計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， 對于衰落信道并不完全適用。 橫坐標為不同的信躁比，縱坐標中“ o” 表示 符號 粗同步的位置偏差 ， “ *” 表示 符號 細 同步的位置偏差 。通過仿真的結(jié)果來看，基于前導訓練符號的 符號 同步算法可以快速的實現(xiàn)系統(tǒng)的同步，準確度也較高。） 和符號同