当前课程知识点：移动通信原理 > 第十章 OFDM技术 > 10.3 OFDM中的同步技术 > 10.3 OFDM中的同步技术
下面我们来给大家介绍
OFDM系统当中的同步
技术
根据前面的介绍
大家已经能够知道了
OFDM系统
实际上是一个时频
二维的处理系统
那么在这个系统当中
它对同步的要求
其实比我们原来的单载波系统
更苛刻
更严格
那么这个地方的同步
我们确切的来讲
我们是既要保证时间同步
又要保证频率同步
时频两个维度上都要考虑同步的
时域和频域同步
它的主要的目的
我们简单的再分析一下
时域同步
主要的目的是能够确定的
OFDM符号的边界
能够去掉CP来进行积分
提取出来最佳的采样时刻
这样做的话
可以降低载波间干扰
和码间干扰造成的影响
而对于频域同步来讲
频域同步其实是要保证收发之间
的频差
尽量的小
这样可以减少
由于载波和多普勒平移影响
对于OFDM系统信号的
损失
所以时频同步
对于OFDM系统而言
都是需要的
那么我们首先先分析时频同步的
误差
对 OFDM系统的影响
我们先看一下
频域同步误差的影响
频域同步
大家想想
我们这儿
根据刚才OFDM信号的结构
我们给出了一组自造波
比如说基频是F0
那么二倍频就是二倍的F0
三倍频就是三倍的F0
四倍频
就是四倍的F0等等
N倍频
当然用N-1倍的F0
对吧来表示
大家看这一组频率
这是一些谐波分量
各个载之间
它们实际上频率上
都是一个基准频率的整数倍
所以这一组频率
它们是对应的载波
全是相互正交的
如果说我们现在有频率的偏差
这个偏差是整体性偏差
假如说我们偏差是θF
显然所有子载波
就都会有一个偏差
就是F0 就变成了F0
加δF 2F0
就变成了2F0
加上一个δF 依次类推
N-1F0
就会变成N-1F0
再加上一个δF
我们问的问题
原来的 N个子载波之间
都是相互正交的
现在我们把每一个子载波上
都加上一个频偏
这些子载波
它就不正交了
如果不正交的话
那子载波之间
就会有严重的载波间干扰了
所以
如果有频率同步的误差
就会导致子载波间的干扰
那OFDM的系统
性能
就会严重下降
并且这个干扰
它不随着信噪比的提升而降低
因为这是系统内部的自干扰
即使你信噪比充分大
它仍然还是一个频台
也就会出现的错误频台现象
那么对于频偏
我们还可以把它划分为就频偏
或者频率同步的误差
我们把它划分为两类
假如说我们以子载波间隔
作为标准单位
那么我们把它划分为
是K倍的δF加上了一个
γ
这个K是整数
γ应当是小数
这就是我们所谓的
整数倍频偏
还是小数频偏的含义
假如说频偏大于一个子载波间隔
的话
那就意味着说收发之间
这个信号就会有错位
比如说
发送的是F0 2F0 3F0 4F0
对吧
那么接收到的时候
因为有整数倍的频差
那就会变成2F0
3F0
4F0 5F0
大家想想显然有一个频差
你接收端收到的这4个
子载波和发送端发的那4个
子载波就会错位
错位以后的话
这个系统性能会急剧降低
或者严重下降
差到什么程度呢
也就是说
和瞎猜是一样的
它的误比特率
在瞎猜的情况下
就是最差的就是0.5
就和扔钢镚一样
就是你发的
数据完全收不到
那么接收到以后的数据
我随机判断它是0还是1
这个系统就不能正常工作了
因此对于整数频偏
我们必须要进行估计和补偿
否则这个系统就没法正常工作
而对于小数频偏来讲
一般它会导致
这个系统性能的下降
或者信噪比的损失
我们需要考虑采用导频
来进行跟踪和补偿
把小数频偏给降低到最小
这样的话
可以维持系统性能不变
好
我们看一下
频偏大致的影响
给大家从这个示意图做一下说明
同学们看
这是一个频谱图的OFDM的
多载波信号的频谱
如果我们是没有任何频偏的理想
同步
在 N-1N N+1
这三个字
在不上都能采到
峰值的位置给这个信号就非常的
好
并且也没有载波间干扰
因为相邻载波都是过零点的
你看这个地方都是过零点
但是如果说我们有一个频偏
δF那就会导致我采样间隔
全都偏了
采偏了以后
同学们看
这些位置
这是我的有用信号的采样值
但是大家看下面这些位置
这个就是相邻子载波的干扰
这些干扰都存在
那就会导致我接收信号会有错误
所以这频偏同步的误差
对引入了子载波间干扰
造成了系统性能下降的
主要原因
下面我们来考虑
时间同步误差的影响
与频偏误差不太一样
时间同步误差
我们主要考虑的是
FFT积分窗窗长位置
对接收性的影响
也就是说
我们这个积分窗
到底往哪放
一般来说
这个积分窗
如果我们放
理想同步的话
我们这积分窗的位置放准了的话
他是没有任何影响的
但是因为时间同步的误差
FF窗长位置总是会有些漂移的
我们可以把FFT窗这个位置
的放置分为两种
一种我们称为是前置积分窗
另外一种
我们称为是后置积分窗
我们看看前置窗和后置窗
造成的影响的区别
我们以这样的一张图
来说明
大家看看这是OFDM符号的
时域的一个样值结构图
那么两个OFDM符号
CP1Data1
是第一个OFDM符号
CP2Data2
是第二个OFDM符号
我们看
白色的区域这就是数据
灰色的区域就是循环前缀
对于第一个OFDM符号而言
如果我们前置窗
也就是它积分窗
占了一部分数据
然后又超前放到了 CP当中
那么这个时候
只要你前置的长度不太长
一般来讲影响不大
为什么
因为大家知道
循环前缀和数据
它是一个这种循环移位的关系
那么你把它的积分窗
FFT窗的位置往前放
在窗内
C P部分和数据部分
它还是一个完整的波形
仍然能保证正交线
所以前置
它还是能够消除多径干扰
保证的正交性
对于系统性的几乎没什么影响
但是如果说
我们要是后置
大家看
如果FFT窗放到这一块
包括了一部分数据
然后后置放到了
第二个数据的CP2
包含进来甚至跑到
第二个数据部分
这个时候会有恶劣的影响
那么这样的话会引入
OFDM符号之间的干扰
一般我们称它为是IBM
叫INTER
叫块儿间干扰
这实际上也是一种码间干扰了
为什么
大家想一想
CP实际上是个循环前缀
它与当前这个符号之间
能构成循环移位关系
但与另外的符号就没有什么关系
也就是说在后置的积分窗当中
Data1的数据部分
和 CP2它们之间是没有
任何关系的
它构不成一个完整的波形
那就会导致
各个径
各个子载波之间
都有相互干扰
那就会严重的恶化
OFDM符号的
OFDM系统的性能
大家看
图
左边这个图
它的理想的限制
一条实线
这个就是既不前置
也不后置理想同步下的性能
我们看空心的线
空心的线
那也就是前置
而实心的线就是后置
大家看
前置2个样值
4个样值6个样值
这个性能基本上和理想同步
是完全一致的
没有什么偏差的
也就是符合刚才我们的分析
前置窗一般来讲
它这个窗会跨到 CP部分
CP和数据部分
是一个完整的波形
所以不会有影响
但是我们看这个后置
就是实心的这部分内容
后置两个样值
它可能影响还略小一点
但是已经能看出来有误码频台
如果后置4个样值
或者6个样值的话
这个性能会非常的差
它的误码率几乎就已经平了
随着信噪比提升
它没有什么降低
为什么会这样
因为它有引入来了
载波间干扰
引入来了块儿间干扰
所以这就心中心中会有严重的
下降
考虑到这个因素
一般在OFDM系统当中
我们宁可前置不后置
一般来讲最多前置
6个样值
6样值是一个
典型值
一般我们前置6个样值
不会后置的
因为后者
往往会导致
严重的性能下降
那么O FDM他的视频同步
算法
一般而言
我们把它划分为这样的一些
种类
我们把时频同步
分解为是
捕获和跟踪这两个阶段
所谓捕获就是粗同步
就大致上定上一个
同步的一个初始区间
跟踪就是精细的搜索
那么搜到的准确的位置
另外我们在考虑
时频的划分
所以我们可以把它划分为是
时间的粗同步
还有时间的精细跟踪
以及频率的捕获
还有频率的跟踪
这样4类算法
这是我们常见的一些分类
那么下面我们简单说明一下
OFDM系统
这种粗同步
可以用到的方法
比如说
我可以采用这种循环前缀
利用循环前缀的这种周期性结构
来实现频偏的忽略估计
还有找 OFDM符号的图
其实边界
那么这个过程
实际上是一个自同步的过程
因为我们知道
一个YBM符号
它的前缀
和积分窗的
尾部这一部分是重复出现的
对吧
因此我们可以把接触到的序列
截取CP这么长
相当于这儿
我们截取的CP这样长
然后不停的进行相关运算
什么时候出峰
峰这就相当于是
找到了 CP的起始位置
那么两个峰之间
这就是一个OFDM的积分
基本区间
那么采用这种方法
可以实现符号同步
当然利用相关指着峰值之间的
相位偏移
我们也来进行频率估计
所以粗略的同步
就可以采用这种方法来做
当然像精细的做的话
一般来讲
循环前缀的这种粗同步的过程
它的循环前缀长度不够长
它只有在高信噪比条件下
才能达到比较好的估计精度
低信道条件做不到
所以我们往往还是要插入一些
同步头序列
靠一些导频或者同步开销
同步头来进行
互相关
来实现的更准确的估计
咱们采用专用的同步序列
来进行OFDM符号的同步
就是可以采用
下面这样的一种相关器
或者匹配滤波器的方法来实现
那么具体内容我们不再介绍了
和CDMA系统是类似的
请大家查阅了相关的
我们的书籍
和相关的专著来学习
-1.1 前言
--1.1 前言
-1.2 移动通信发展的回顾
-1.3 第四代移动通信技术
-1.4 第五代移动通信技术
-1.5 未来移动通信技术
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 移动信道的特点
-2.2 三类主要快衰落
-2.3 传播类型与信道模型的定量分析
-2.4 无线信道模型
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 多址技术的基本概念
-3.2 移动通信中的典型多址接入方式
-3.3 码分多址CDMA中的地址码
-3.4 伪随机序列(PN)和扩频码的理论基础与分析
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 语音压缩编码
-4.2 移动通信中的语音编码
-4.3 图像压缩编码
-4.4 我国音视频标准
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 保密学的基本原理
-5.3 GSM系统的鉴权与加密
-5.4 IS-95系统的鉴权与加密
-5.5 3G系统的信息安全
-5.6 B3G与4G系统的信息安全
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 移动通信系统的物理模型
-6.2 调制/调解的基本功能与要求
-6.3 MSK/GMSK调制
-6.4 π/4-DQPSK调制
-6.5 3π/8-8PSK调制
-6.6 用于CDMA的调制方式
-6.7 MQAM调制
-第六章 作业
--第六章 作业
-7.1 信道编码的基本概念
-7.2 线性分组码
-7.3 卷积码
--7.3 卷积码
-7.4 级联码
--7.4 级联码
-7.5 Turbo码
-7.6 交织编码
--7.6 交织编码
-7.7 ARQ与HARQ简介
-7.8 信道编码理论上的潜在能力与最大编码增益
-7.9 GSM系统的信道编码
-7.10 IS-95系统中的信道编码
-7.11 CDMA2000系统的信道编码
-7.12 WCDMA系统的信道编码
-第七章 作业
--第七章 作业
-8.1 分集技术的基本原理
-8.2 RAKE接收与多径分集
-8.3 均衡技术
--8.3 均衡技术
-8.4 增强技术与应用
-第八章 作业
--第八章 作业
-9.1 多用户检测的基本原理
-9.2 最优多用户检测技术
-9.3 线性多用户检测技术
-9.4 干扰抵消多用户检测器
-第九章 作业
--第九章 作业
-10.1 OFDM基本原理
-10.2 OFDM中的信道估计
-10.3 OFDM中的同步技术
-10.4 峰平比(PAPR)抑制
-第十章 作业
--第十章 作业
-11.1 多天线信息论简介
-11.2 空时块编码（STBC）
-11.3 分层时空码
-11.4 空时格码（STTC）
-11.5 空时预编码
-11.6 MIMO技术在宽带移动通信系统中的应用
-第十一章 作业
--第十一章 作业
-12.1 引言
--12.1 引言
-12.2 多功率控制原理
-12.3 功率控制在移动通信中的应用
-12.4 无限资源的最优分配
-12.5 速率自适应
-第十二章 作业
--第十二章 作业
-13.1 标准化进程
-13.2 HSPA系统
-13.3 EVDO系统
-13.4 LTE系统
-13.5 WiMax系统
-第十三章 作业
--第十三章 作业
-14.1 TDD原理
-14.2 TD-SCDMA
-14.3 UTRA TDD
-14.4 TD-HSPA
-第十四章 作业
--第十四章 作业
-15.1 移动网络的概念与特点
-15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲
-15.3 第三代（3G）移动通信与3GPP网络
-15.4 从IS-95至CDMA2000网络演讲
-15.5 B3G与4G移动通信网络
-第十五章 作业
--第十五章 作业
-16.1 移动通信中的业务类型
-16.2 呼叫建立与接续
-16.3 移动性管理
-16.4 无线资源管理RRM
-16.5 跨层优化
-第十六章 作业
--第十六章 作业
