1、毕业设计文献综述通信工程多载波调制系统中同步问题的DSP实现摘要正交频分复用技术（OFDM）作为一种重要的多载波传输技术，已在新一代的通信领域中得到了广泛的应用。由于OFDM系统的性能受同步性能的影响很大，同步技术成为OFDM系统的关键技术之一，因此对OFDM系统中同步问题的研究成了一个热点问题。本文归纳总结了当前众多学者对这一技术的探索。关键词OFDM；频率同步；定时；最大似然估计；循环前缀。前言无线通信技术的迅速发展，对多径传播引起的符号间干扰（ISI）的抑制技术提出了更新更苛刻的要求。传统的信道均衡技术在要求传输高速数据时难以实现，而多载波传输技术的出现很好的解决了这一问题。目前，OFD
2、M技术广泛用于有线和无线通信系统，如何保证子信道的正交性，关系着OFDM系统性能的好坏，同步技术致力于减小或消除由信道时延和频率偏移造成的系统的正交性的破坏。1、OFDM技术的优点OFDM技术是一种多载波传输技术，它能降低符号间干扰的基本原理是将信道划分成若干个正交子信道，将串行的高速信号转换成并行的低速子数据流分配到各子信道。使各子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，此时每个子信道可以看成平坦性衰落，从而消除符号间干扰。与单载波传输技术相比，OFDM技术具备不少优点频谱利用率更高，随着子信道数目的增加而趋近于奈奎斯特极限；可根据信道条件进行自适应的比特和功率分配，充分利用了信道容量；由于使用
3、了正交重叠的频谱，频谱效率高；还有抗多径时延和硬件实现简单等优点。由于强大的频谱利用率和抗选择性衰落或窄带干扰能力，OFDM可以看做调制技术和复用技术1。2、同步问题的重要性OFDM技术由于多重优点而被视为新一代通信系统中的关键技术，但是由于多载波传输，接收端数据信号由来自多个传输信道的信号叠加而成，各信道的频谱存在重叠，因而对信道间的正交性提出了严格要求。而无线传输信道的时延性或发射机与接收机本地振荡频率的偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道间干扰。OFDM系统对定时和频率偏移的敏感性，使得同步问题变得非常重要。3、关于同步问题的算法实现同步问题包括符号定时同步
4、和载波频率同步。符号定时同步的目的是估计出每个OFDM符号的起始位置，从而保证发送端IFFT调制与接收端FFT解调起始时刻一致或在较小的偏差范围内；载波频率同步的目的则是估计出接收端和发送端本振频率的偏差，然后通过一定的技术来校正2。关于这两种同步的实现方法，不同的学者有不同的见解。31循环前缀在同步中的应用在OFDM系统中，为了降低符号间干扰的影响，通常在OFDM符号间插入保护间隔，其长度一般为信道冲击响应长度，保护间隔可以不包含任何信号，但是会引入载波间干扰，破坏载波间的正交性，但如果保护间隔是信号的循环扩展，即引入循环前缀，可完全消除符号间干扰和子载波间干扰。插入前缀的方法是将IDFT变
5、换后的后L个采样值插入到OFDM符号前面作为循环前缀。在接收端，采用定时技术确定OFDM符号的起始位置进行解调3，接收端对接收的信号要进行提取，有必要区分开信号本身和它的循环前缀，通过相关性运算去掉循环前缀来找出信号的实际长度4,然后对信号进行解调。32SCHMIDLCOX定时同步算法及其改进算法SCHMIDLCOX定时同步算法是通过在OFDM数据前发送两个码元长度的训练序列作为帧头，来进行符号定时同步和频偏估计的其帧头包括训练序列1的循环前缀、序列1、序列2和数据符号的循环前缀。序列1用来做符号定时同步和小数频偏估计，训练序列2则来进行整数的频偏估计3。有一种对SCHMIDLCOX定时同步的
6、改进算法，即将SCHMIDLCOX训练符号与循环前缀CP结合，同时完成定时同步这种改进算法考虑了循环前缀CP对同步性能的影响，同时也削弱了随机噪声对同步的精度的影响有仿真结果证明，此改进的算法更能有效的进行符号定时同步5。33基于循环前缀的ML算法最大似然估计算法是一种经典的时域频域同步估计算法。利用一个符号的循环前缀部分与末尾部分的相关性在时域进行相关运算得到的。可以较快找到最佳同步位置或近似最佳同步位置，这一过程在一个符号的发送范围内就可以完成。ML算法的一个优点是可以同时估计接收信号的频率偏移量，从而返回给接收端振荡器作为频率校正量6。34基于ML和导频联合的OFDM同步研究传统的最大似
7、然估计同步算法是一种很好的时域同步算法，但其在频域估计时只能进行小数倍的频偏估计，一种改进的算法7是采用最大似然算法联合插入导频进行同步，这样就能同时进行小数和整数倍的频偏估计。仿真实验证明这种联合算法使系统的误码率有了明显的下降，同步效果良好。35同步与信道联合估计算法现有的同步算法主要有基于辅助数据法和盲估计法两种，前者有很好的同步精度，但频谱利用率低。后者频谱利用率高，但算法复杂，且算法性能受信道估计性能的影响很大。基于这一原理，有学者提出将同步算法和信道估计算法相结合的算法8，该算法充分利用同步和信道估计之间的关系，由信道估计的结论中提取出同步的信息，对后续接受信号进行同步偏差的纠正。
8、仿真显示，该方法在衰落信道中可以有效的实现同步和信道的跟踪。36基于新序列的OFDM定时估计算法提高定时同步精度是OFDM系统的关键技术之一，有基于辅助数据估计和盲估计两种，上段降到的定时估计和信道同步联合算法，定时估计函数会出现平坦峰值，使得估计误差变大。HMINN设计了一种使峰值平缓下降的训练序列作为OFDM信号的前缀序列，可以在一定程度上提高估计的精度，但由于多径效应，此算法的定时频移估计性能比较差。BYUMGJOONPARK提出一种将峰值尖锐的训练序列用于定时估计，在高信噪比时能取得较高的估计精度，但不适用于低信噪处。对此，提出一种新的基于训练序列的定时和信道估计算法9，该序列是恒包络
9、零自相关序列，由于是有恒定包络和优良的自相关特性，可以避免放大器非线性的影响，有效提高OFDM同步性能。37基于自相关矩阵的OFDM同步参数盲估计法基于辅助数据的信道估计和定时同步算法具有频谱利用率低的特点在需要高速数据传输时不能作为最好的算法，有一种盲估计算法，利用自相关矩阵来实现符号定时和频偏估计10，不用辅助数据，而是通过接收信号自相关矩阵的非对角线上的元素的模值之和达到最小来估计小数倍频偏，通过判断对角线上元素的位置移动估计出整数倍的频偏，同时使对角线上虚载波位置的元素的模值之和最小实现符号的同步。此算法受信噪比的影响较小。4、总结OFDM作为一种多载波传输技术解决了单载波传输技术的一
10、些缺陷，在抑制符号间干扰，提高品频谱利用率方面有很大的优势，作为一种通信新技术，必将得到越来越广泛的应用。由于OFDM技术对信道正交性的苛刻要求，加之多径传输的延时效应和频率偏移等因素会导致信道正交性的破坏，将严重降低OFDM系统的性能，因此，其接收端的符号定时同步和频偏估计一定要做的很好，针对目前众多的同步和估计算法，我们要根据具体实际和具体要求来选择合适的方法。参考文献1LUISINTINIORTHOGONALFREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXINGFORWIRELESSNETWORKS,UNIVERSITYOFCALIFORNIASANTABARBARA,2000,12
11、1392程辉,文,向东GPGA实现的OFDM步设计B中国有线电视,2006,24242824313李郜伟,曹增峰,张海林循环前缀在OFDM系统中的应用A,研究与开发,2003,301064YINGWANG,SUJITNAIR,ALEXYOUNG,QINQINCHEN,CHARLESWBOSTIANOFDMSINGALCLASSFICATIONANDSYNCHRONIZATION,CENTERFORWIRELESSTELECOMMUNICATIONS20085翟宁,庞伟正一种改进的OFDM符号定时同步方法A,应用科技,2008,926286张子文基于最大似然算法的OFDM同步技术研究A,通信技术,2010,516187许家富,米应慈,王毕奎基于ML和导频联合的OFDM同步研究A,太原理工大学,20078赵丹,于全OFDM系统中新的同步与信道联合估计算法A,电子科技大学学报,2007,108978999崔美娥,马惠珠基于新序列的OFDM定时估计改进算法A,应用科技,2009,2202410王庆,葛临东,巩克现一种基于自相关矩阵的OFDM信号同步参数盲估计算法A,电子与信息学报,2008,2383387
