OFDM中的同步報(bào)告

OFDM中的同步報(bào)告人：王紹鵬5/9/20241問(wèn)題的提出：1.1OFDM發(fā)射/接收原理框圖：D/A串并轉(zhuǎn)換IFFT加循環(huán)前綴發(fā)射OSC脈沖成形濾波器（g(t)）c(n)s(t)并串轉(zhuǎn)換A/D并串轉(zhuǎn)換FFT去循環(huán)前綴接收OSC匹配濾波器（g(T-t)）c(n)r(t)串并轉(zhuǎn)換調(diào)制調(diào)制寬帶信道n(t)(T,)(f,)5/9/202421.2OFDM同步包括三部分：載波同步 由于接收端和發(fā)送端振蕩頻器的振蕩頻率和初始相角存在偏差，且頻率差和相差為一隨機(jī)過(guò)程，導(dǎo)致接收端通過(guò)解調(diào)獲得的信號(hào)的子載波的正交性遭到破壞，惡化系統(tǒng)的性能。5/9/20243采樣同步 如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的采樣頻率有偏差，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FFT后得到的頻率點(diǎn)發(fā)生變化，將會(huì)使經(jīng)過(guò)FFT變換后獲得的數(shù)據(jù)相位旋轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)誤碼率增大。5/9/20244符號(hào)同步 在接收端能夠正確去除循環(huán)前綴(CP)，保證FFT的運(yùn)算窗口在OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，否則會(huì)引入符號(hào)間干擾，降低系統(tǒng)性能。5/9/20245同步對(duì)系統(tǒng)性能的影響2.1系統(tǒng)模型OFDM基帶信號(hào)：（1）式中，為一個(gè)OFDM符號(hào)的時(shí)長(zhǎng)（包括CP長(zhǎng)度），為一個(gè)OFDM符號(hào)周期長(zhǎng)度（不包括CP度）

，，為每個(gè)子載波的調(diào)制系數(shù)，為子載波數(shù)目。5/9/20246（2）寬帶信道基帶模型[2]：OFDM信號(hào)通過(guò)寬帶信道：（3）5/9/20247在接收機(jī)和發(fā)送機(jī)完全同步的情況下，且寬帶信道為慢變信道，則FFT輸出為：假設(shè)：5/9/202482.2符號(hào)同步對(duì)系統(tǒng)性能影響

OFDM符號(hào)同步的功能是在采樣序列中準(zhǔn)確確定一個(gè)OFDM符號(hào)的開(kāi)始位置，并能正確的移除循環(huán)前綴（CP），將剩余的N點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計(jì)算。第m個(gè)OFDM符號(hào)第m+1個(gè)OFDM符號(hào)FFT窗口CP5/9/20249由于存在符號(hào)定位誤差，對(duì)每個(gè)子載波的影響[1]：的功率為：式中：else5/9/2024102.3頻率同步錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)性影響由于在發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘不同步，導(dǎo)致解調(diào)后的信號(hào)為：式中是接收端和發(fā)送端時(shí)鐘的相位差，。令，則解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT后為：上式中：5/9/202411可以證明[3]：因?yàn)殡S著m的增加而減小，當(dāng)m足夠大時(shí)可以認(rèn)為：對(duì)于固定頻偏，可得：（4）5/9/202412所以由于頻率不同步產(chǎn)生的噪聲功率為：5/9/2024132.4采樣時(shí)鐘偏差對(duì)系統(tǒng)性能影響采樣時(shí)鐘的偏差將會(huì)破壞各子載波的正交性，分析采樣時(shí)鐘的偏差對(duì)系統(tǒng)性能的影響可采用2.3節(jié)相似的分析方法。令：5/9/2024142.5小結(jié)通過(guò)上述分析可知，當(dāng)發(fā)射端和接收端不同步時(shí)，將會(huì)從以下三方面影響系統(tǒng)性能：對(duì)接收信號(hào)的各個(gè)子信道產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)；降低接收信號(hào)的各個(gè)子信道的正交性，增大各子信道的噪聲；降低接收信號(hào)的各子信道信號(hào)功率。5/9/202415頻率同步數(shù)據(jù)輔助算法: 在傳輸?shù)男盘?hào)中嵌入特定的訓(xùn)練序列，對(duì)頻差估計(jì)；非數(shù)據(jù)輔助算法： 利用循環(huán)前綴提供的周期性，對(duì)頻差進(jìn)行估計(jì)；導(dǎo)頻： 在傳輸?shù)男盘?hào)中插入導(dǎo)頻信號(hào)，接收機(jī)跟蹤該導(dǎo)頻信號(hào)獲得頻率同步；3.OFDM系統(tǒng)同步3.1OFDM系統(tǒng)同步方法5/9/202416采樣同步數(shù)據(jù)輔助算法: 在特定的子載波上傳輸已知的數(shù)據(jù)，接收機(jī) 根據(jù)該數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步功能；非數(shù)據(jù)輔助算法（盲同步）： 利用循環(huán)前綴提供的周期性，對(duì)采樣頻率進(jìn) 行估計(jì)；5/9/2024173.1OFDM系統(tǒng)同步算法OFDM同步算法中不論是數(shù)據(jù)輔助算法還是非數(shù)據(jù)輔助算法，本質(zhì)都是利用傳輸數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性對(duì)頻率和符號(hào)定位偏差進(jìn)行估計(jì)。假設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻差為，令，為子載波間隔。則接收到的信號(hào)為：5/9/202418如果,且頻率同步，則：

下面討論最小均方誤差算法： 令接收信號(hào)向量為：判決向量為：

當(dāng)為獨(dú)立高斯白噪聲，且時(shí)，判決向 量為零均值維高斯分布。5/9/202419（5）（6）由式（6）可知信號(hào)開(kāi)始位置和頻偏可以分別估計(jì)，分別選擇k和使（6）式的值達(dá)到最小。5/9/202420（7）通過(guò)（7）式可以確定信號(hào)開(kāi)始位置k，然后采用最大使然估計(jì)確定。5/9/202421參考文獻(xiàn)T.Pollt,P.Spruyt,M.Moeneclaey,”TheBERPerformanceofOFDMSystemsusingNon-SynchronizedSampling”IEEEGlobalTelecommunicationsConference1994,pp.253-257ThierryPOLLET，MarkVANBLADEL，”BERSensitivityofOFDMSystemstoCarrierFrequencyOffsetandWienerPhaseNoise”IEEETRANSACTIONSONCOMMUNICATIONS,

VOL431995AndreasF.Molisch“寬帶無(wú)線數(shù)字通信”，電子工業(yè)出版社F.ClassenandH.Meyr.”FrequencySynchronizationAlgorithmsforOFDMSystemsuitableforCommunicationoverFrequencySelectionFadingChannels”inproceedingoftheIEEEInternationalConferenceonVehicularTechnology,pp.1655-1659,June1994Stef