一種新型OFDM系統(tǒng)頻率和時(shí)間同步算法正交頻分復(fù)用同步頻率偏移時(shí)間偏移

1、一種新型OFDM系統(tǒng)頻率和時(shí)間同步算法，正交頻分復(fù)用，同步，頻率偏移，時(shí)間偏移    近年來，0FDM系統(tǒng)在無線通信領(lǐng)域引起了很大的關(guān)注1。這主要是由于移動(dòng)環(huán)境中對(duì)高速率傳輸數(shù)據(jù)的需求日益增加，而高速率在無線信道中卻比較難以獲得。0FDM正是在這樣一種需求下快速發(fā)展起來的，它能夠抗頻率選擇性衰落，具有較高的頻譜利用率，并且能被用來快速的執(zhí)行FFT算法。目前，它已經(jīng)被成功的應(yīng)用在DAB(digitalaudiobroadcast)、DVB（digitalvediobroadcast)、無線局域網(wǎng)和非對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)中。盡管0FDM系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)近年來，0

2、FDM系統(tǒng)在無線通信領(lǐng)域引起了很大的關(guān)注1。這主要是由于移動(dòng)環(huán)境中對(duì)高速率傳輸數(shù)據(jù)的需求日益增加，而高速率在無線信道中卻比較難以獲得。0FDM正是在這樣一種需求下快速發(fā)展起來的，它能夠抗頻率選擇性衰落，具有較高的頻譜利用率，并且能被用來快速的執(zhí)行FFT算法。目前，它已經(jīng)被成功的應(yīng)用在DAB(digital     audio broadcast)、DVB （digital vedio broadcast)、無線局域網(wǎng)和非對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)中。盡管0FDM系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)同步卻非常敏感，并具有很高的要求。所以，0FDM信號(hào)的成功傳輸，很大程度上依賴于

3、快速和準(zhǔn)確的獲取同步信息。需要獲取的同步信息主要包括：采樣時(shí)鐘的同步，符號(hào)的同步以及收發(fā)端頻率的同步。而0FDM同步的主要方式分為：數(shù)據(jù)輔助方式2和非數(shù)據(jù)輔助方式3。本文采用的是無ISI干擾的循環(huán)前綴就屬于非數(shù)據(jù)輔助方式。由于本文中主要針對(duì)頻率和符號(hào)同步，所以假設(shè)采樣時(shí)鐘已經(jīng)同步。0FDM符號(hào)前加入的前綴是為了降低多徑帶來的影響，同時(shí)考慮到不破壞子載波間的正交性。該前綴是0FDM符號(hào)后一部分的復(fù)制。本文提出的這一種新型的符號(hào)和頻率同步方法，首先定位出了無ISI干擾的循環(huán)前綴部分(假設(shè)前一個(gè)符號(hào)的延遲擴(kuò)展沒有超過循環(huán)前綴)，再利用這一部分來估計(jì)符號(hào)和頻率偏移。從同步仿真可以看出，由于利用的是無I

4、SI干擾的循環(huán)前綴部分，所以，對(duì)符號(hào)偏移的估計(jì)和ML算法相當(dāng)，而對(duì)頻率的估計(jì)優(yōu)于ML算法。OFDM信號(hào)模型0FDM系統(tǒng)中發(fā)送端傳輸?shù)幕鶐盘?hào)Xn可以被寫成下列形式：其中，Xn，k是QAM或PSK映射后的符號(hào)，它被調(diào)制在第k個(gè)子載波的第n個(gè)0FDM符號(hào)上。N是FFT變換的大小，子載波數(shù)是2K+1。假設(shè)信道存在多徑和加性高斯白噪聲，那么，發(fā)送的信號(hào)將受到二者的影響。對(duì)于接收端存在著接收信號(hào)到達(dá)時(shí)間的不確定性(造成符號(hào)時(shí)間偏移)，以及接收端和發(fā)送端本振間存在著差異(造成頻率偏移)來說。如果第一種不確定因素可以看做是將信道脈沖響應(yīng)延遲，則信道脈沖響應(yīng)為Cn(k一，m)(k一。而第二種不確定因素造成的影

5、響則可以被看作是    收端產(chǎn)生的接收信號(hào)為：式中，M是相互獨(dú)立的路徑數(shù)目，是被子載波間隔歸一化的頻率偏移量，n(k)是加性高斯白噪聲。符號(hào)和頻率同步算法首先，應(yīng)找出無ISI干擾的GI部分，即nT+MknT+M+Tg。在本文的同步算法中，假設(shè)前一個(gè)符號(hào)的最大延遲擴(kuò)展并沒有超出循環(huán)前綴，即M小于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度。那么，應(yīng)先用接收到的信號(hào)的模減去其自身延遲了0FDM符號(hào)間隔T后的信號(hào)的模，所得到的信號(hào)為：由于信道中的AWGN能量相對(duì)于信號(hào)能量非常小，且由于無ISI干擾的GI部分有xn(k一一m)= xn(k一T一一m)，所以，上面的式子可以化簡(jiǎn)為：此外，當(dāng)最大

6、多譜勒頻移小于符號(hào)頻率，且一個(gè)符號(hào)間隔內(nèi)不存在時(shí)間選擇性衰落時(shí)，則有：cn(k一，m)=cn(k一T一，m)。又因?yàn)镾NR非常高，|n（k）|-|n（k-T）|近似為零。所以，當(dāng)nT+M+Nt+M+Tg+時(shí)，有：為了準(zhǔn)確定位無ISI干擾的GI部分的起始點(diǎn)，按下來應(yīng)對(duì)rn，dif（k)進(jìn)行滑動(dòng)平均，若窗口的長(zhǎng)度為Tg-m，則有：由此可知，只有在nt+m+1時(shí)，rn，ave(k)才為零，而在其它點(diǎn)處都具有一定的值。但這點(diǎn)周圍的值都具有比較小的幅度。為了進(jìn)一步精確的找到這點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行下列運(yùn)算：由于rn，ave(k)的值在nT+m+1點(diǎn)處為零，而在nT+m+2點(diǎn)處是不為零的值，所以，rn，ave(k)在

7、nT+m+2點(diǎn)處的值為無窮大，而rn，ave(k)在其它點(diǎn)處的值則非常小(近似為零)，所以，可通過探測(cè)無窮大這一點(diǎn)的值來定位無ISI干擾的GI部分的起始點(diǎn)。符號(hào)的同步是有比較寬的范圍的，只要找出的那一點(diǎn)到FFT變換的起始點(diǎn)之間所有的點(diǎn)，它們都可以作為0FDM符號(hào)的同步點(diǎn)。這樣就可完成符號(hào)的同步，這樣，就可只考慮頻率的同步了。之后，便可利用無ISI干擾的GI部分的樣點(diǎn)結(jié)合ML算法來計(jì)算頻率偏移。由于上面的算法找出的第一個(gè)無窮點(diǎn)處于+m+2處，因此，在已知最大多徑延遲m時(shí)，便可以求出的值，該值也就是發(fā)送端和接收端之間的符號(hào)偏移值。利用無ISI干擾的GI部分的樣點(diǎn)結(jié)合ML算法中對(duì)的估計(jì)可計(jì)算頻率的偏移量。在ML算法中對(duì)進(jìn)行估計(jì)時(shí)，值時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的ML，然后，在此時(shí)刻計(jì)算：（k+N）可縮短求和的范圍。若k的取值范圍由，+Tg一1變?yōu)?m+2，+Tg一1(其中+m+2已知)，那么，利用上邊計(jì)算出來的可在=傷真結(jié)果仿真時(shí)，取0FDM系統(tǒng)的子載波數(shù)目為1024，F(xiàn)