OFDM的同步技术研究.doc

题目：OFDM的同步技术 作者姓名：颜小婷 摘 要 正交频分多路复用（OFDM）技术已经在无线通信中被广泛应用利用多载波调制技术把数据流分解为若干个子数据流，从而使子数据流有低得多的传输比特速率时频同步技术是OFDM关键技术之一，对于对定时和频率偏移十分敏感的OFDM系统而言，时频同步显得尤为重要。目前时频同步技术已经得到了越来越多人的关注。介绍了OFDM中同步技术，首先介绍了同步的重要性以及OFDM中的时间同步和频率同步，接着介绍了基于循环前缀的时频同步算法，并重点分析了符号定时和频偏估计的方法，同步的捕捉过程和跟踪过程的步骤，以及同步性能的的分析方法 关键字： OFDM 正交 循环前缀 同步 OFDM中同步的重要性 同步对于任何数字通信系统来说都是重要的任务，没有精确地同步就不能对传送的数据进行可靠的恢复。可以说，同步时任何通信接收机实现的基础。OFDM既可以用于广播类型的通信系统，又可以用于突发数据传输的通信系统，在同步的问题上二者可以采取的途径不尽相同。广播类型的系统传输的是连续的数据，因此最初需要经过较长的一段时间获得信息（同步捕获），之后转换成跟踪模式。突发传输系统通常采用分组的方式，需要在分组开始发送之后的很短时间获得同步。 由于OFDM信号特殊结构，使得很多为单载波系统设计的同步算法不能被采用，因此，必须从OFDM本身的角度出发来设计同步算法。在这里，利用了OFDM的循环前缀这一特殊结构来进行同步。 同步技术 2.1 同步技术简介 在接收机对子载波进行解调之前必须进行两项同步工作[10]：第一，找出符号边界的位置和最佳的时间间隔（最佳的时间间隔一般是一个符号帧的长度），使得信道间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）达到最小；第二，估计和纠正接收信号的载波频率偏移，因为任何的便宜都会引入子载波间干扰和符号间干扰。尽管OFDM系统相对于单载波系统来说对相位噪声和频率偏差更为敏感，但是事实证明，利用循环前缀和加入特殊的OFDM训练符号等方法，可以获得较好的时间同步和频率同步。 符号同步的目的是为了找到FFT窗的起始位置，可以采用特殊的训练系列来进行符号定时，另外利用循环前缀的相关特性也可以用作定时[8]。利用循环前缀作为保护间隔一定程度上降低了对符号定时的要求，但如果误差较大，将会引入符号间干扰ISI，甚至破坏子载波间的正交性，造成严重的ICI。另外，采样时钟的同步也是个不可忽略的问题，它的目的是使接收机的采样时钟频率和发射机的一致，采样时钟频率误差会引起ICI，而且采样时钟误差还会导致符号定时的漂移，而使符号定时性能恶化。 下面对这几种同步简要介绍：[11] 1.载波同步 载波同步，就是频率偏移估计。OFDM符号由多个子载波信号叠加构成，各个子载波之间是利用正交性来区分。系统对由多普勒频移或收发端载波频偏产生的频率偏差非常敏感，频偏会破坏子载波之间的正交性，引入ICI，而且还会引起传输信号的相位旋转，造成系统性能大幅度降低。一般来说，MIMO-OFDM系统的子载波之间频率间隔很小，因而所能容忍的频偏非常有限。即使很小的频偏也会造成系统性能的急剧下降，所以，载波同步对MIMO-OFDM系统尤为重要。 2.采样时钟同步 采样频率的同步是指发射端 的D/A变换器和接收端的A/D变换器的工作频率保持一致。一般地，连接各个变换器之间的偏差较小，相对于载波频移的影响来说也较小，而一帧的数据如果不太长的话，只要保证了帧同步的情况下，可以忽略采样时钟不同步时造成的漏采样或多采样，而只需要在一帧数据中补偿由于采样偏移造成的相位噪声。 3.符号定时符号定时的任务是在接受数据流中寻找OFDM符号的分界。MIMO-OFDM系统的符号定时和单载波系统有很大的区别，单载波系统传送的符号有一个最佳抽样点，也就是其眼图张开的最大点处；而OFDM的符号不存在眼图，也就没有所谓的最佳抽样点。它的特点是一个符号由N个抽样点（N为系统子载波个数）组成，符号定时也就是要确定一个符号开始的时间。符号同步的结果用来判定各个OFDM符号中用来解调符号中的各子载波。当符号同步算法定时在OFDM符号的第一个样值时，MIMO-OFDM接收机的抗多径效应的性能达到最佳。 理想的符号同步就是选择最佳的FFT窗，使子载波保持正交，且ISI被完全消除或者降至最小。由于使用了循环前缀技术，MIMO-OFDM 系统能够容忍一定的符号定时误差而不受到性能上损失。所以MIMO-OFDM系统对定时偏差不像对频率偏差那么敏感。 4.帧同步 帧同步是在OFDM符号流中找出帧的开始位置，也就是常说的数据、帧头检测。在帧头被检测到的基础上，接收机根据帧结构的定义，以不同的方式处理一帧中具有不同作用的符号。帧结构固定已知，帧同步和符号定时可以认为是一样的。 2.