第8章MIMO-OFDM系统的同步问题祥解.ppt

第8章 MIMO-OFDM系统的同步问题 8.1 引言 同步技术是任何一个通信系统都需要解决的实际问题，直接关系到通信系统的整体性能。 LPF 模拟通信： 相干解调器 数字通信： 载波同步 位同步 帧同步 OFDM系统中的同步 在OFDM系统中，有4种同步需要考虑： 符号定时同步 样值定时同步 样值频率同步 载波同步 8.2 OFDM系统同步技术的分类 符号定时同步的目的是在接收端确定每个OFDM符号的起止时刻，即确定FFT窗的开始时刻。 情形1：这种情况估计的OFDM符号的起始位置与精确位置 一致。 情形2：这种情况下，估计的起始位置比精确的起始位置 略早，但在信道冲激响应之后。 8.2.1 符号定时同步 情形3：这种情况下，估计的起始位置比精确的起始位置比 情形2早更多，在信道的冲激响应中。 情形4：这种情况估计的起始位置比精确的起始位置落后一 点点。在这种情形下，在FFT时间间隔内的信号， 包含当前的OFDM符号的一部分以及下一个OFDM 符号的一部分。 8.2.2 样值定时同步 样值同步指的是接收机和发送机的采样时钟频率保持一致。 采样相位偏移示意图 样值同步分为采样频率偏移和采样相位偏移两部分，这两种偏移导致的结果是不同的。相位偏移的影响与符号定时偏移类似，它反映在接收端经过A/D转换还原的一个离散样值的起始位置，因此，也称样值定时同步。 8.2.3 样值频率同步 当发送端采样频率与接收端采样频率不一致时会产生样值频率不同步或采样频率偏移。 采样间隔偏差 当采样频率不同步时，累积效果会导致样值的增加或减小。 8.2.4 载波同步 载波频率偏差 频率偏移是由收发设备的本地载频之间的偏差以及无线信道的多普勒频移等因素造成的，频率偏移的构成包括子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移两部分。子载波间隔的整数倍偏移不会引起载波间干扰（ICI），抽样点仍在顶点，但子载波位置产生了偏移，解调出来的信息符号错误概率为50%。子载波间隔的小数倍偏移会造成抽样点不再在顶点，如图所示，这会破坏子载波之间的正交性，由此引起ICI。 8.3 同步误差对OFDM系统性能的影响 符号说明： 为发送符号的抽样间隔； 为OFDM符号的持续时间； G 为所加循环前缀的样值符号数，一般应不少于信道多径 时延扩散的符号数； ：载波频率 ：载波相位 ：符号定时偏差； ：样值定时偏差； （1） 假设样值定时和符号定时都已定准， 考虑存在载波频率偏差 和抽样间隔偏差 的情况。 接收端乘法器输出信号： 采样后得到数据流 进行傅里叶变换（OFDM解调）： 其中 （2） 考虑存在定时偏差时的情况，样值定时偏差 和符号 定时偏差 。 循环前缀 最佳样值定时 最佳符号定时 第一个OFDM符号的样值定时 N点最佳定时FFT窗 第一个OFDM符号定时 N点FFT窗 （偏差 ） 最佳定时时刻以及定时偏差图示 ①存在样值定时偏差 时，就相当于对接收信号 在 时刻进行采样，得到 进行傅里叶变换后 ②存在符号定时偏差 时，就相当于从循环前缀的后面 个样值开始的N个样值进行FFT运算，即 显而易见，符号定时偏差只是引起了相位的旋转，而不会破坏正交性。 综合上述①和②两种情况，我们得到FFT解调信号 此式即为综合考虑载波同步偏差、样值同步偏差以及符号同步偏差时接收端FFT解调后的输出信号。 为了便于分析，考虑到各种不同偏差之间的乘积项很小，将其忽略后上市变为 分解上式得到 (1) 其中 表示其他子信道符号对期望符号的干扰。 式(1)的第1项即为所期望得到的数据符号项，第2项是其他子载波上传输的符号所引起的期望符号的影响。 这充分表明由于没有完全同步而带来了信道间干ICI，因此，FFT输出端的信噪比SNR发生了变化。 假设发送符号等能量 随机变量 可分解为 FFT输出端的信噪比SNR为 (2) 由式（1）和式（2）可见，只有当 、 、 会等于0，此时才不会存在ICI,且有 且 ，即系统完全同步时， 式（1）右边的第2项才 即只有这种情况下才没有性能损失，此时的输出信噪比为 。 定义信噪比损失 ： ？ 分析： 1. 2. 从式（1）和式（2）也可以看到，当 和 时， 、 和 为何值，均有 不论 （也有 ），