OFDM移動通信技術(shù)(4)同步

第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時同步4-4OFDM頻率同步當(dāng)前1頁，總共59頁。1數(shù)字通信系統(tǒng)同步載波同步頻率同步頻率-相位同步定時同步符號同步數(shù)據(jù)塊同步當(dāng)前2頁，總共59頁。2插入導(dǎo)頻法直接法鎖相環(huán)（PLL）頻率同步當(dāng)前3頁，總共59頁。3定時插入導(dǎo)頻法直接法濾波法數(shù)字鎖相法……同步當(dāng)前4頁，總共59頁。4載波同步符號同步采樣同步OFDM系統(tǒng)當(dāng)前5頁，總共59頁。5數(shù)學(xué)模型載波同步——接收端本地振蕩器頻率與發(fā)送載波一致符號同步——積分區(qū)間起止時刻一致/IFFT和FFT窗口位置一致采樣同步——接收端A/D和發(fā)送端D/A時鐘頻率一致OFDM系統(tǒng)當(dāng)前6頁，總共59頁。6OFDM同步vs單載波同步頻率同步OFDM：（符號調(diào)制多用PSK或QAM）必須相干解調(diào)OFDM：（是多個單載波信號疊加）不能用PLL技術(shù)符號同步和采樣同步單載波：每符號一次采樣（采樣時鐘頻率等于符號頻率）OFDM：每符號多次采樣（采樣時鐘頻率正比于符號頻率）OFDM：（是多個單載波信號疊加）不能用“眼圖”確定采樣時刻當(dāng)前7頁，總共59頁。7第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差當(dāng)前8頁，總共59頁。8OFDM頻率同步當(dāng)前9頁，總共59頁。9OFDM頻率同步造成CFO的原因（發(fā)射機和接收機）振蕩器不穩(wěn)定長期穩(wěn)定度——有源器件和電路元件的老化特性短期穩(wěn)定度——環(huán)境溫度、電源電壓變化、電路參數(shù)不穩(wěn)定瞬時穩(wěn)定度——有源器件和電路內(nèi)部噪聲信道多普勒頻移偏差（CarrierFrequencyOffset）當(dāng)前10頁，總共59頁。10分?jǐn)?shù)頻偏CFO為子載波間隔的分（小）數(shù)倍有用信號的相位旋轉(zhuǎn)和幅度衰減導(dǎo)致ICI當(dāng)前11頁，總共59頁。11整數(shù)頻偏CFO為子載波間隔的整數(shù)倍信號在頻域平移，嚴(yán)重的解調(diào)錯誤（誤碼率50%）無ICI當(dāng)前12頁，總共59頁。12頻偏敏感程度SCOFDM（相對）頻偏性能損失當(dāng)前13頁，總共59頁。13第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差定時同步偏差當(dāng)前14頁，總共59頁。14OFDM定時同步當(dāng)前15頁，總共59頁。15OFDM定時同步有保護(hù)間隔無保護(hù)間隔偏差當(dāng)前16頁，總共59頁。16OFDM定時同步偏差定時偏差小于CP長度定時提前子載波相位旋轉(zhuǎn)減小OFDM對多徑延遲的容忍能力定時滯后子載波相位旋轉(zhuǎn)本符號各子載波之間正交性被破壞，引起ICI受到后一個符號的干擾（IBI）的影響當(dāng)前17頁，總共59頁。17OFDM定時同步偏差定時偏差大于CP長度定時提前子載波相位旋轉(zhuǎn)ICI受到前一個符號的干擾（IBI）定時滯后子載波相位旋轉(zhuǎn)ICI受到后一個符號的干擾（IBI）的影響當(dāng)前18頁，總共59頁。18多徑傳播最佳定時——并不總是第1條路徑最好減小OFDM對定時偏差的容錯能力對OFDM定時同步的影響當(dāng)前19頁，總共59頁。19第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差定時同步偏差采樣同步偏差當(dāng)前20頁，總共59頁。20OFDM采樣同步偏差采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣間隔偏小→采樣間隔偏大當(dāng)前21頁，總共59頁。21OFDM采樣同步偏差FFT窗口尺寸偏差采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣間隔偏小→采樣間隔偏大的影響→積分區(qū)間縮短→積分區(qū)間伸長→

ICI當(dāng)前22頁，總共59頁。22FFT窗口漂移采樣頻率偏大采樣頻率偏小OFDM采樣同步偏差的影響→定時逐漸提前→定時逐漸滯后+ISI+ICI→相位誤差當(dāng)前23頁，總共59頁。23OFDM采樣同步的方法采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣點數(shù)多→采樣點數(shù)少當(dāng)前24頁，總共59頁。24第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測當(dāng)前25頁，總共59頁。25連續(xù)傳輸系統(tǒng)例數(shù)字廣播系統(tǒng)（DAB、DVB）電路交換蜂窩系統(tǒng)特點連續(xù)、規(guī)則的數(shù)據(jù)格式通常允許較長捕獲時間通常允許通過平均多次估計值逐步改善估計準(zhǔn)確度當(dāng)前26頁，總共59頁。26在幀頭安排特殊碼組特殊的例子（DVB）T：幀的第一個符號為空符號R：監(jiān)測接收信號能量幀同步當(dāng)前27頁，總共59頁。27分組傳輸系統(tǒng)例無線局域網(wǎng)WLAN（IEEE802.11a）特點隨機接入高速數(shù)據(jù)當(dāng)前28頁，總共59頁。28分組檢測多-快-好-省精心設(shè)計引導(dǎo)符號精心設(shè)計檢測算法（實現(xiàn)各種同步-捕獲時間短-精度高-開銷低）當(dāng)前29頁，總共59頁。29滑動窗口法原理窗口接收的能量優(yōu)點與信息內(nèi)容無關(guān)復(fù)雜度小、捕獲快遞歸簡化算法缺點閾值設(shè)置噪聲功率同頻干擾傳播損耗nn+1當(dāng)前30頁，總共59頁。30雙滑動窗口法原理兩個（連續(xù)、相對靜止的）滑動窗口兩個窗口的接收能量的比值優(yōu)點與信息內(nèi)容無關(guān)、遞歸簡化算法、復(fù)雜度小、捕獲快比值獨立于接收信號的功率n當(dāng)前31頁，總共59頁。31第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測4-3-2符號定時同步當(dāng)前32頁，總共59頁。32OFDM符號同步定時偏移估計數(shù)據(jù)輔助非數(shù)據(jù)輔助Pre-FFT時域定時估計Post-FFT頻域定時估計定時偏移校正TR當(dāng)前33頁，總共59頁。33OFDM信號設(shè)計數(shù)據(jù)輔助（Data-Aided，DA）訓(xùn)練符號（TrainingSymbol/Sequence）導(dǎo)頻（PilotSubcarrier/Tone）疊加訓(xùn)練符號/導(dǎo)頻（SuperimposedTS/Pilot）非數(shù)據(jù)輔助（Non-Data-Aided，NDA）基于CP基于空載波盲估計當(dāng)前34頁，總共59頁。34第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測4-3-2符號定時同步4-3-3幾種定時同步方案當(dāng)前35頁，總共59頁。35一種基于訓(xùn)練符號的定時估計（Schmidl&Cox，1997）d當(dāng)前36頁，總共59頁。36訓(xùn)練符號：在相間的半數(shù)子載波上安排一個訓(xùn)練序列優(yōu)點測度與載波頻率偏移無關(guān)測度對信道衰落不敏感訓(xùn)練符號設(shè)計巧妙缺點定時測度存在平臺效應(yīng)一種基于訓(xùn)練符號的定時估計當(dāng)前37頁，總共59頁。37一種基于PN序列的定時估計方案優(yōu)點（依賴于具體PN序列）精度高抗多徑能力缺點復(fù)雜度較高要求在定時同步之前已準(zhǔn)確補償CFO當(dāng)前38頁，總共59頁。38一種基于PN序列的定時跟蹤方案原理PN序列擴頻信號疊加在OFDM信號上（PN序列擴頻信號長度是OFDM符號的整數(shù)倍）優(yōu)點不額外使用帶寬（長PN序列）估計準(zhǔn)確度可以很高當(dāng)前39頁，總共59頁。39基于CP的定時同步原理CP與數(shù)據(jù)最后部分完全一樣優(yōu)點高頻譜效率復(fù)雜度低缺點精度不高取得高精度需要多個符號在多徑信道中性能惡化當(dāng)前40頁，總共59頁。40一種基于CP的定時同步方案當(dāng)前41頁，總共59頁。41一種基于類CP訓(xùn)練序列的定時同步方案同一信號的多個復(fù)制以規(guī)律間隔出現(xiàn)當(dāng)前42頁，總共59頁。42性能M=2，同基于CP方法M>2，小信噪比的估計準(zhǔn)確度有明顯改善代價訓(xùn)練序列的冗余觀察時間增加信噪比估計方差當(dāng)前43頁，總共59頁。43一種基于空載波的定時同步方案空載波（nullsubcarrier）

當(dāng)前44頁，總共59頁。44第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時同步4-4OFDM頻率同步當(dāng)前45頁，總共59頁。45OFDM頻率同步頻率偏移估計數(shù)據(jù)輔助（DA）非數(shù)據(jù)輔助（NDA）Pre-FFT時域頻偏估計Post-FFT頻域頻偏估計頻率偏移校正TR當(dāng)前46頁，總共59頁。46基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994系統(tǒng)模型一種常用子載波安排k∈[-K,K]N≥2K+1當(dāng)前47頁，總共59頁。47基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994系統(tǒng)模型一種常用子載波安排例：IEEE802.11a當(dāng)前48頁，總共59頁。48基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994信道模型離散時間信道模型當(dāng)前49頁，總共59頁。49基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994信道模型離散時間信道模型等效頻域信道模型當(dāng)前50頁，總共59頁。50基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994訓(xùn)練符號當(dāng)前51頁，總共59頁。51基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994頻偏估計計算當(dāng)前52頁，總共59頁。52基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

①P.H.Moose，1994性能準(zhǔn)確估計（捕獲）范圍0.5f隨著符號變短，估計性能變壞符號周期減小程度受多徑限制相對頻偏估計值Es/No估計偏差（解決：更短訓(xùn)練符號）當(dāng)前53頁，總共59頁。53基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f頻偏估計當(dāng)前54頁，總共59頁。54基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f分?jǐn)?shù)頻偏估計當(dāng)前55頁，總共59頁。55基于重復(fù)訓(xùn)練符號的頻偏估計

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f分?jǐn)?shù)頻偏估計