無(wú)線通信中的OFDM技術(shù)同步研究

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引言：

目前，OFDM技術(shù)是無(wú)線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)以及最具潛力技術(shù)之一。與其他無(wú)線傳輸技術(shù)相比，它具備自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，適用于高速無(wú)線傳輸系統(tǒng)，目前已經(jīng)在HDTV、無(wú)線寬帶接入、無(wú)線局域網(wǎng)以及DVB等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。因此，加大對(duì)無(wú)線通信中OFDM技術(shù)的研究和分析將具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、OFDM技術(shù)概述及技術(shù)基礎(chǔ)分析

1.1OFDM技術(shù)概述

OFDM，即正交頻分復(fù)用技術(shù)，具有較高的頻譜利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)更多數(shù)據(jù)的傳輸，屬于一種多載波調(diào)制技術(shù)。在無(wú)線通信中，作為一種特殊的多載波通信技術(shù)，OFDM技術(shù)的子載波間是相互正交的，各子載波信號(hào)通過疊加之后再進(jìn)行符號(hào)的輸出，且可通過QAM或者PSK的調(diào)制方式來(lái)進(jìn)行每個(gè)子載波信號(hào)的調(diào)制。FDM是傳統(tǒng)的頻分復(fù)用技術(shù)，其采用的也是傳統(tǒng)的多載波調(diào)制技術(shù)。而OFDM技術(shù)則是采用新的多載波調(diào)制方。與FDM技術(shù)相比，OFDM技術(shù)能夠在相同的頻帶寬度上進(jìn)行更多數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)頻帶利用率的提升。

1.2OFDM技術(shù)基礎(chǔ)

OFDM采用的是一種多載波調(diào)制方式，基本的技術(shù)基礎(chǔ)就是通過串并的方式將高速率的信源信息流變換成低速率并行數(shù)據(jù)流，進(jìn)而在相互正交的子載波上將這種數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)制，再累積相加這些調(diào)制信號(hào)，最后發(fā)射信號(hào)?；跁r(shí)域的角度來(lái)看，OFDM在傳輸多個(gè)符號(hào)時(shí)，采用并行方式能夠增加碼元的持續(xù)時(shí)間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)間彌散性最大程度的減弱，而這種彌散性是由無(wú)線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生。同時(shí)，OFDM技術(shù)將循環(huán)前綴插入符號(hào)之間，不僅能夠有效避免由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的符號(hào)之間的干擾，而且還能夠?qū)ψ虞d波間正交性的影響實(shí)現(xiàn)有效控制，這種正交性是由于多徑信道環(huán)境中因保護(hù)間隔的插入而產(chǎn)生的，而OFDM技術(shù)能夠有效避免這種影響?；陬l域的角度來(lái)看，OFDM技術(shù)具有多個(gè)正交子信道，且采用并行傳輸正交子載波的方式，也就是整個(gè)分配信道被多個(gè)較窄的正交子帶和所占據(jù)。雖然總的信道具備頻率選擇性，但是每個(gè)子信道具有一定的平坦性，且與信道相關(guān)帶寬相比，信號(hào)帶寬較小，這樣技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)在每個(gè)信道上進(jìn)行窄帶傳輸，能夠有效克服信道的頻率選擇性衰落。另外，OFDM技術(shù)中子載波之間是相互正交的，這就可以通過一定的帶寬，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的有效提高。

二、OFDM技術(shù)的同步問題分析

2.1OFDM同步模型分析

同步技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域中是非常關(guān)鍵的技術(shù)，其在OFDM系統(tǒng)中同樣重要。OFDM系統(tǒng)對(duì)于其信號(hào)的處理過程分為三個(gè)同步問題：第一，符號(hào)定時(shí)同步（FFT窗口準(zhǔn)確位置的符號(hào)）；第二，樣值同步（數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)鐘采樣值）；第三，信道載波頻率同步（發(fā)射端和接收端的載波頻率）。同時(shí)OFDM系統(tǒng)同步模型也對(duì)每個(gè)同步在系統(tǒng)中的位置進(jìn)行了表示。

2.2ofdm同步算法分析

1）、非數(shù)據(jù)輔助算法從信號(hào)的發(fā)送一直到其接收，在整個(gè)過程中，非數(shù)據(jù)輔助算法指的是這一過程不使用任何輔助符號(hào)而進(jìn)行同步。這種算法通常是對(duì)自身循環(huán)前綴的使用來(lái)進(jìn)行定時(shí)同步的。由于循環(huán)前綴在OFDM系統(tǒng)中的加入，使得前后數(shù)據(jù)都與其符號(hào)有了關(guān)系，這樣就可以利用關(guān)系進(jìn)行定時(shí)同步。如果處理理想的信道環(huán)境下，非數(shù)據(jù)輔助算法的性能非常好，但是如果處于多徑衰落信道下，這種算法就不能克服ISI的影響，其性能的發(fā)揮也很差。

2）、數(shù)據(jù)輔助算法分析數(shù)據(jù)輔助算法是在OFDM符號(hào)中插入同步的訓(xùn)練符號(hào)序列，其插入的位置一般是在一個(gè)或者一段OFDM符號(hào)的前面。加入訓(xùn)練符號(hào)序列之后雖然會(huì)降低傳輸速率，但是卻能完成信道估計(jì)和同步估計(jì)。因此數(shù)據(jù)輔助算法能夠針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，來(lái)選擇不同的訓(xùn)練符號(hào)。與非數(shù)據(jù)輔助算法相比，數(shù)據(jù)輔助算法能夠?qū)崿F(xiàn)多徑衰落信道中的較好的估計(jì)性能，因此其對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)而言，更加適合。

3）、訓(xùn)練序列同步算法發(fā)送信號(hào)的訓(xùn)練符號(hào)在OFDM中是重復(fù)的，而且符號(hào)經(jīng)受了相同的頻率偏移，這就使得相位差產(chǎn)生，即一個(gè)可以通過計(jì)算得到的相位差。訓(xùn)練序列同步算法的下一步計(jì)算可以根據(jù)得到的相位差來(lái)進(jìn)行頻偏估計(jì)。通過對(duì)重復(fù)發(fā)送的訓(xùn)練符號(hào)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行捕獲和處理，接收端就能夠得到頻率偏移估計(jì)并同時(shí)獲得符號(hào)定時(shí)估計(jì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，無(wú)線通信逐漸由早期用于傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)的功能擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在智能移動(dòng)電話已經(jīng)在移動(dòng)通信中得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著用戶要求的不斷提高，無(wú)線通信在數(shù)據(jù)傳輸速度方面的發(fā)展也越來(lái)越快。通過本文對(duì)無(wú)線通信中OFDM技術(shù)以及同步問題的分析和研究，希望能夠?yàn)榇龠M(jìn)無(wú)線通信行業(yè)的發(fā)展起到一定積極作用。

作者：王中杰 單位：山西大學(xué)