符号同步与采样时间同步课件

1,数字通信 (第十三讲) 接收信号的时间同步 2011,Yuping Zhao (Professor) 赵玉萍 Department of Electronics Peking University Beijing 100871, China email: ,2,本节内容,采样时钟偏差的成因及表现形式 单载波系统采样时钟偏差问题 单载波系统采样时刻同步方法 多载波系统符号同步方法 多载波系统采样时钟偏差问题,3,若发送信号符合奈奎斯特准则，则符号之间不存在码间串扰,奈奎斯特带宽：B 奈奎斯特速率：R = 1/B,4,信号在特殊的时刻采样才能够保证没有码间干扰,采样时刻,没有码间干扰,有码间干扰,5,采样时刻偏差,满足Nyquist准则条件下仍可能发生码间串扰 码间串扰的成因：采样点偏差 收发端采样时钟相同， 但采样时间点存在固定偏差 收发端采样时钟频率存在误差， 因此采样时间偏差不固定,6,采样时钟相同，采样点偏差,收端采样点与发端正确采样点存在固定时间偏差,7,采样时钟频率偏差,2,3,收端采样点与发端正确采样点的偏差随时间变化,8,采样频率偏差模型：收发端采样时钟存在偏差,t,9,采样时刻偏差实例,偏差开始,偏差逐渐加大,10,偏差开始-采样时刻偏差开始时比较小,11,偏差逐渐加大 随着时间的增加而增大,采样时刻偏差对单载波系统的影响,12,13,对单载波系统的影响,采样时刻偏差导致信号之间产生码间干扰,14,采样时刻偏差的理论描述,15,16,当系统不存在采样时刻偏差时，符号间干扰为 0 当采样时刻偏差不为 0，符号间干扰存在 符号间干扰信号为加性干扰，影响系统误码率,其中，第一项为原始发送信号，第二项为符号之间的干扰,17,减小符号间干扰的方法,设计边瓣尽可能低的滤波器，如使用 值较大的升余弦滤波器 优点：有采样时钟偏差时 ISI 小 缺点：占有带宽大 进行信号编码（某些部分响应信号可以减少由采样时刻偏差引起的符号间干扰） P(D) = (1 + D) (good for ISI) P(D) = (1 D) (not good) P(D) = (1 D)(1 + D) = 1 D2 (good for ISI and DC offset),18,例：部分响应信号的码间干扰分析,合成的信号边瓣幅度减小,18,*pi,19,符号定时：采样时刻偏差的纠正,符号同步是接收机的重要功能，其目的是消除收/发端的采样时刻偏差 同步方法如下： 发射机和接收机都同步到一个主时钟。 延迟产生问题 ：即收发信号位于不同地址位置 产生的传输时延 发射机发送时钟频率是 1/T 或1/T的倍频信号。 简单易行 占用有用信道带宽，传输时钟信号 从接收的信号中提取时钟信号。 这是最为常用的方法,20,采样时刻估计方法-最大似然的定时估计,对于基带 PAM，设接收信号为,其中,若采用面向判决定时估计，则把传输的序列当作已知的数据,21,似然函数,上式写作,其中,22,ML 估计的必要条件,Matched filter,Sampler,VCC,summation,r(t),In,23,VCC: 压控时钟，根据输入电压值调整时钟的相位 累加器：相当于低通滤波器,因为在 的估计中使用了已检测信息序列In ，所以该估计是面向判决的 该方法同样适用于 QAM ， PSK 调制,24,非面向判决定时估计,将似然比在信息符号的 pdf 上求平均 , 然后计算其最大值,BPSK 信号:,25,26,对数似然函数,对数据序列求平均,27,对于较小 x, 有,得出,28,BPSK的非面向判决定时估计,29,PAM的非面向判决定时估计,30,实用系统同步方法：早-迟 门同步器,利用采样时刻T左右的波形具有对称性的特点，将两边的信号值相减，并用该结果作为调整压控振荡的信号,31,早-迟 门同步器,32,早-迟 门同步器,33,似然函数,34,载波相位和符号定时的联合估计,其中,35,或,36,OFDM系统的同步问题,OFDM系的符号同步问题 OFDM系统的采样时刻偏差的问题,37,OFDM系统同步问题分析,发射机与接收机的载波频率偏差； 发射机与接收机采样的频率偏差； 发射机与接收机定时偏差。,39,符号同步的目的是得到FFT块的起始点 一般来讲利用CP的信号特点进行符号同步 CP内的符号是不用来作解调的,符号同步,40,OFDM系的符号同步问题,OFDM系统同步问题分析_采样时间偏差,OFDM系统同步问题分析_符号同步偏差,43,conjugate,Integral,synch,Input time domain signals,Get the maximum,Frequency error,Get the phase,Synchronization using guard interval,44,45,46,47,相关窗,L,48,L,相关窗,49,相关峰的最高点就是OFDM符号的同步点,使用自相关的方法得到OFDM符号的同步点,50,在实际系统中相关峰可能不是很明显（仿真实例） (SNR = 3dB, 多径通道, 带有载波偏差),OFDM系统同步问题分析_符号同步偏差,52,OFDM系统的采样时刻偏差的问题,设理想采样时间间隔为 ，采样点正好在接收机匹配滤波器的最大点。,采样时刻误差导致采样点偏差理想采样点，并且随着时间的推移采样点的漂移会越来越大,53,采样时钟存在偏差的情况下接收信号可表示为,上式表明采样时刻偏差（标准偏差）为 ，是随着时间序号 、子载波序列 的增大而增大的。,54,其中定义由于采样时刻偏差引起的子载波间干扰系数为,结论：采样频率偏差导致子载波间的干扰,55,采样时钟偏差,例：有采样时刻