（通信与信息系统专业论文）cmmb系统同步技术研究.pdf

1 一 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密 期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名： 1 一 摘要 摘要 正交频分复用( 0 f d m ) 技术作为一种多载波并行传输技术，通过将频率选择性多径衰落信道 转换为在各个子载波上的平坦信道，减小了多径衰落的影响，由于其抗多径衰落能力强、对窄 带干扰和窄带噪声不敏感、带宽扩展灵活和支持可变用户速率等一系列特点，使其适合在宽带无 线通信系统中应用。 移动多媒体广播是一个新兴的媒体，与其他系统相比其具有自身的特点。中国移动多媒 体广播( c m m b ) 采用o f d m 调制技术，对同步偏差敏感，因此，同步技术是c m m b 接收 端关键技术之一。 首先简要介绍了c m m b 物理层关键技术，建立了o f d m 系统模型，分析并仿真了符号 同步偏差、频率偏差和采样钟偏差对系统性能的影响。 然后，针对c m m b 帧结构的特点，研究了系统符号同步和频率同步的算法，提出了基于 同步信号特殊结构的粗同步算法、基于利用同步训练序列进行信道估计的精同步算法、基于 频域差分的整数频偏估计算法，并在典型信道下进行了性能仿真。 最后，针对本文提出的同步算法，对符号和频率同步的整体构架进行了初步设计，并详 细介绍了本同步体系中关键模块的实现方案：频偏校正与小数频偏估计模块和f f t 模块。 关键字：中国移动多媒体广播，o f d m ，粗同步，精同步，频率同步 1 一 a b s t r a c t d u et oi t si n h e r e n ta d v a n t a g e s ，s u c ha sf l e x i b l et oe x p a n db a n d ，h i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y , e a s y i m p l e m e n t a t i o n ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) i sw i d e l y a d o p e d 部 t m s m i s s i o ns c h e m ei nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s o f d mt e c h n 0 1 0 9 yi sa d o p t e di nc h i n am o b i l em e d i ab r o a d c a s t i n g ( c m m b ) s i n c eo f d m i s s e n s i t i v et os y n c h r o n i z a t i o ne r r o r , i ti sc r u c i a lt od e s i g nr o b u s ts y n c h r o n i z a t i o ns c h e m ef o rc m m b s y s t e m f i r s t l v i i lt h i st h e s i s ，t h ek e yt e c h n o l o g i e so fc m m b i np h y s i c a ll a y e ra n do f d ms y s t e ma r e i n l | r o d u c e d t h e 砌u e n c e so ft h r e ek i n d so fs y n c h r o n i z a t i o ne r r o r so no f d ms y s t e m a lea n a l y z e d a 1 1 ds i m u l a t e d ，i n c l u d i n gs y m b o l ，c a r r i e ra n ds a m p l i n gc l o c ks y n c h r o n i z a t i o n e r r o r t h e nt h e s 、，1 1 c h r o i l i z a t i o na l g o r i t h m so ft h ef i r s tt w oo f f s e ta r es t u d i e df o rc m m bs y s t e m t h ea l g o r i t h m sf o r c o a r s es y m b o ls y n c h r o n i z a t i o nb a s e do ni n h e r e n ts c h e m eo fs y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l a n df i n e s y n c h r o n i z a t i o nb a s e do nc h a n n e le s t i m a t i o nu s i n gs y n c h r o n i z a t i o ns i g n a la n di n t e g e rf r e q u e n c y o 伍e tb a s e do nd i 位r e n c ei nf r e q u e n c yd o m a i na l ep r o p o s e da n ds i m u l a t e d f i n a l l y , p r e l i m i n a r y d e s i g no ft h es y m b o la n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o ni sp r e s e n t e d t h e m o d u l e sf o rf f ta n dc 硎e r o f f s e te s t i m a t i o na n dc o r r e c t i o na l ei n t r o d u c e di nd e t a i l k e yw o r d s ：c h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，o f d m ，c o a r s et i m es y n c h r o n i z a t i o n ，f i n e t i m es y n c h r o n i z a t i o n , f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n i i i 目录 目录 j 日i 要i a b s t r a c t i i i e | 录、， 插图目录v i i 表格目录。 第1 章绪论1 1 1 移动多媒体广播发展现状1 1 2o f d m 中的同步技术概述一3 1 3 论文工作安排4 第2 章o f d m 基本原理及其同步技术5 2 1o f d m 基本原理。5 2 1 1o f d m 系统一般模型5 2 1 2 多径信道下o f d m 信号传输6 2 1 3 基于i f f t f f t 实现的o f d m 系统模型7 2 2o f d m 系统中的同步算法。9 2 2 1 同步偏差对系统性能影响9 2 2 1 1 符号同步偏差对o f d m 系统性能影响。9 2 2 1 2 载波偏差对o f d m 系统性能影响12 2 2 1 3 采样钟偏差对o f d m 系统性能影响1 4 2 2 2 符号( 帧) 同步算法1 5 2 2 2 1 基于c p 的定时同步算法1 5 2 2 2 2 基于训练序列的定时同步算法1 6 2 2 3 频偏估计算法1 8 2 2 3 1 基于c p 的m l 算法1 9 2 2 3 2 基于训练符号的时域相关算法1 9 2 2 3 3 基于训练符号的频域相关算法。2 0 2 2 3 4 基于导频的频域算法一2 0 2 3 本章小结2 l 第3 章c m m b 系统联合符号同步和频率同步算法2 3 3 1c m m b 标准简介2 3 3 1 1 物理层关键技术2 3 3 1 2 帧结构2 5 3 2c m m b 系统中的符号同步2 7 3 2 1 传统粗同步算法2 7 3 2 2 基于同步信号特殊结构的粗同步算法2 8 3 2 2 1 算法提出2 8 3 2 2 2 多径信道下基于共轭对称算法性能分析2 9 3 2 2 3 共轭对称序列数据段的选取一3 3 v 东南大学硕士学位论文 3 2 2 4 性能仿真3 4 3 2 3 精同步算法。3 7 3 2 3 1 算法提出一3 7 3 2 3 2 性能仿真4 0 3 3c m m b 系统中的频率同步4 3 3 3 1 小数倍频偏估计，。4 3 3 3 2 整数频偏估计4 4 3 3 2 1 传统算法4 5 3 3 2 2 改进的频域差分算法。4 6 3 3 2 3 性能仿真。4 7 3 3 3 细小偏跟踪4 8 3 3 - 3 1 算法提出一4 8 3 3 3 2 性能仿真4 9 3 4 本章小结5 2 第4 章c m m b 系统符号同步和频率同步结构设计5 3 4 1 同步构架5 3 4 2f f t 运算模块的实现方案5 4 4 2 1 算法原理5 4 4 2 2f f t 结构设计5 6 4 2 3 实现结果5 7 4 3 频偏估计与补偿的实现方案5 8 4 3 1c o r d i c 算法原理5 8 4 3 2c o r d i c 算法应用5 9 4 3 3 算法实现6l 4 4 本章小结6 2 第5 章总结6 3 5 1 工作总结6 3 5 2 未来工作6 3 j 酵【谓t 6 5 参考文献。6 7 附录7 1 v i 插图目录 插图目录 图2 1o f d m 体制的循环前缀5 图2 2o f d m 系统并行信道描述7 图2 3o f d m 系统模型及同步位置8 图2 - 4 符号同步偏差示意图9 图2 5 符号同步偏差对星座图的影响1 l 图2 - 6 载波偏差示意图1 2 图2 7 载波偏移对星座图的影响1 4 图2 8 基于c p 的同步算法示意图一15 图2 - 9s & c 帧结构17 图2 1 0m i n n 帧结构1 7 图2 1 lp a r k 帧结构l8 图2 1 2 三种帧结构同步判决函数曲线比较1 8 图2 1 3 相隔d 个样值的两个时域重复训练序列符号一1 9 图3 1 c m m b 广播信道物理层逻辑结构2 3 图3 2 物理层数据处理流程2 4 一 图3 3o f d m 子载波分布2 5 图3 - 4c m m b 帧结构2 6 图3 5c m m b 循环前缀及保护间隔2 产 图3 - 6 同步信号的共轭对称性2 8 图3 7 等强两径信道下共轭相关1 一3 l 图3 8 等强两径信道下共轭相关2 3 2 一 图3 - 9 粗同步共轭对称序列数据段的选取3 3 图3 1 0 不同共轭对称序列相关窗峰值3 图3 11c h i n ac h a n n e ll 信道粗同步：3 4 图3 1 2c h i n ac h a n n e l8 信道粗同步7 - 3 5 图3 1 3c h i n ac h a n n e l1 0 信道粗同步：3 5 图3 1 4 瑞利信道粗同步：3 5 图3 1 5 等强两径信道粗同步3 6 图3 1 6t u 6 动态信道粗同步3 6 图3 1 7 精同步调整示意图3 9 图3 1 8 门限r 对精同步性能的影响。4 0 图3 1 9c h i n ac h a n n e ll 信道精同步4 0 图3 2 0c h i n ac h a n n e l8 信道精同步4 l 图3 2 1c h i n ac h a n n e l1 0 信道精同步4 l 图3 2 2 瑞利信道精同步4 1 v i i 东南大学硕士学位论文 图3 2 3 两径等强信道精同步4 2 图3 2 4 1 1 j 6 信道精同步4 2 图3 2 5 粗小偏m s e 性能4 4 图3 2 6 同步偏差对整数频偏估计的影响4 7 图3 2 7 经典二阶环路滤波器4 8 图3 2 8c h i n ac h a n n e l1 细小偏跟踪效果4 9 图3 2 9c h i n ac h a n n e l8 细小偏跟踪效果4 9 图3 3 0c h i n ac h a n n e l1 0 细小偏跟踪效果5 0 图3 3 1 两径等强信道细小偏跟踪效果5 0 图3 3 2 瑞利信道细小偏跟踪效果5 0 图3 3 3 细小偏m s e 性能5l 图3 3 41 3 3 6 信道细小偏跟踪效果5 l 图4 1 同步整体构架5 3 图4 2 基8 蝶形运算流程图5 6 图4 3f f t 结构示意图。5 6 图4 4c o k d i c 流水线结构6 l 图4 5c o r d i c 旋转模式仿真图6 2 表4 - 3f f t 资源消耗。5 8 i x 2 5 7 7 7 7 2 2 4 5 5 l - 一 第1 章绪论 1 1 移动多媒体广播发展现状 第1 章绪论 移动多媒体广播是通过卫星和地面无线广播方式，供小屏幕、小尺寸、移动便携的手持 终端如手机、p d a 、m p 3 、m p 4 、数码相机、笔记本电脑等接收设备，随时随地接收广播电 视节目和信息服务等业务的系统【l 】。移动多媒体广播是一个新兴的媒体，与其他系统相比其 具有自身的特点：移动多媒体广播突破了时空的限制，创造了新的收视习惯和消费时尚；其 内容更加丰富，覆盖更加有效，信息传递更快捷；可作为一种公益功能应用，增强国家应对 突发事件的能力等。这些特点使得移动多媒体广播受到广泛关注，业务需求量急剧增加，发 展进程加速。 为了抢占标准先机，国内外组织相继推出了多种移动数字多媒体技术标准，其中主流的 标准包括：韩国t - d m b ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，t - d m b ) 标准、欧洲 d v b h ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gf o rh a n d h e l d s ，d v b h ) 标准、美国m e d i a - f l o ( m e d i af o r w a r d l i n ko n l y , m e d i a - f l o ) 标准和我国的c m m b ( c h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，c m m b ) 标准等。 ( 1 ) t d m b 2 , 3 】是韩国在d a b 标准基础上提出的移动多媒体广播标准，在编码调制和业 务复用方面兼容d a b 标准。为了承载视频业务，扩展了d a b 支持的传输协议，增加了m p e g 2 t s ，并以流模式传输m p e g 2t s 流。t d m b 增加了针对m p e g 2t s 包的r s 纠错编码和卷积交 织处理以增强系统抗信道干扰的能力，降低系统b e r ，以满足视频对系统b e r 的敏感度高于 音频的需求。 ( 2 ) d v b h t 4 , s l 基于欧洲地面数字电视标准d v b t ，为支持手持设备的移动接收，对 d v b t 业务复用和编码调制进行了部分调整和针对移动接收的优化。在业务复用部分，增加 了时间分片和多协议封装前向纠错编码( m p e f e c ) 。通过时间分片，发端以突发方式传送 数据，在每个突发时间片内特定业务单独占有全部带宽，接收机仅在业务对应时间片内进行 数据处理，降低了整体功耗。m p e f e c 在对i p 报文进行封装时增加了r s 纠错编码，能够获得 更高的系统载噪比增益。在编码调制部分，增加了4 k 模式和深度交织，能够在抗多普勒频移 和单频网组网成本方面获得较好的折中。 ( 3 ) m e d i a - f l o 6 】由美国高通公司提出，采用单向广播网络和3 g 移动通信网相结合的网 络结构，采用o f d m 调制加t u r b o 码的信道传输方案，支持流媒体、实时广播和非实时数据 广播业务。高通m e d i a - f l o 方案在复接方面定义了复用协议；在功耗节省方面，考虑了时域 和频域综合技术；在用户认证方面，采用与3 g 网络类似的认证系统；在信道估计的设计方 面，利用时域导频进行估计。 ( 4 ) c m m b 7 , s 】是我国广播电影电视总局发布的行业标准，通过卫星和地面无线广播的 东南大学硕士学位论文 方式，供7 英寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携的手持类终端接收设备，随时随地接收广播 电视节目和信息服务等业务。目前，c m m b 业已形成以自主创新的基础专利为基础的标准体 系，正式颁布的标准涵盖信道、复用、电子业务指南、紧急广播、数据广播、条件接收、接 收解码终端、复用器、卫星分发信道等9 个方面。 妒 c m m b 系统是针对我国幅员辽阔、东部地区城市密集、西部地区人口稀疏、传输环境复 杂的特点，以及用户众多和需求多样化的情况，立足我国国情，通过吸纳先进技术设计的“天 地一体化的技术体系，具有低成本、可快速实现移动多媒体广播信号全国覆盖的优点。 c m m b 体系构架的核心技术是我国自主研发的s t i m i t 9 1 ( s a t e l l i t e t e r r e s t r i a li n t e r a t i v e m u l t i s e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 技术，利用大功率s 波段卫星信号覆盖全国，利用地面增补转发 器同频同时内容转发卫星信号补点覆盖卫星信号盲区，利用无线移动通信网络构建回传通道， 从而组成单向广播和双向交互相结合的移动多媒体广播网络。地面发射中心将信号发向s 波 段同步卫星后，同步卫星对接收到的信号进行转发，转发后的s 波段信号直接被地面的接收 终端接收，该卫星还通过分发信道将信号发送给增补转发器处理，通过增补转发器处理后转 发，对卫星覆盖的阴影区域进行增补。 s t i m i 技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移 动性和电池供电的特点，采用了最先进的l d p c 信道编码技术和o f d m 调制技术，提高了系 统的抗干扰能力，支持高移动性接收，并且采用了时隙节能技术来降低终端功耗，提高终端 续航能力。 表1 1 主流移动多媒体广播标准性能比较 c m 嗄bt - d m bd v b hm e d i a - f l o 带宽2 8 m h z1 5 4 m h z 6 8 m h z 6 m h z 逻辑信道时分时分时分频分 节电模式时分时分时频分 信道编码 l d p c + r s 卷积码+ r s卷积码+ r s t u r b o + r s b p s k q p s k 星座映射 d q p s kq p s k 16 q a mq p s f u l6 q a m 1 6 q a m 调制方式o f d mo f d mo f d mo f d m 频道切换 l s1 5 s5 s1 5 s 最大传 1 6 m b p s1 1 5 m b p s1 2 m b p s 1 l m b p s 输速率 q o s 有无无有 与其他主流多媒体广播标准的关键技术与性能比较如表1 1 所示，它们的物理层 m 调制方式。 2 第l 章绪论 1 2o f d m 中的同步技术概述 o f d m 技术作为一种多载波并行传输技术，通过将频率选择性多径衰落信道转换为在各个 子载波上的平坦信道，减小了多径衰落的影响，由于其抗多径衰落能力强、对窄带干扰和窄带 噪声不敏感、带宽扩展灵活和支持可变用户速率等一系列特点，使其适合在宽带无线通信系统中 应用。移动多媒体广播工作在复杂多径、高速移动的恶劣信道环境中，o f d m 技术自身具有的突 出优点十分适合其在移动多媒体广播中的应用。因此，目前国内外主流的移动多媒体技术标准 c m m b 、t d m b 、d v b h 、m e d i a - f l o 等均选择了o f d m 技术体制。 o f d m 技术突出优势的发挥是建立在克服其自身固有缺点基础上的，其中良好的时间同 步和频率同步技术是o f d m 系统的关键技术之一。载波频率或者符号定时的偏差将会直接影 响到整个o f d m 系统的性能，如果不加以估计并校正，甚至会使整个系统无法工作。o f d m 系统中存在多个子载波并行传输，只有保持各子载波间的正交性，才能正确解调，对频率偏 差十分敏感，频率同步的目的正是估计并补偿此偏差。符号定时的目的是为了找到f f t 窗的 起始位置，以便对接收信号进行正确的o f d m 解调，可以采用特殊的训练序列或循环前缀来 进行符号定时。利用循环前缀作为保护间隔一定程度上降低了对符号定时的要求，但如果误 差较大，会降低系统抗多径时延能力。另外，接收机和发射机的采样时钟频率偏差会引起i c i ，二 而且采样时钟误差还会导致符号定时的漂移，从而使符号定时性能恶化，要根据系统要求决 定是否需要校正。因此，同步是o f d m 系统中的关键算法，其性能的优劣直接影响系统的性 能【1 0 1 1 1 。 o f d m 同步的算法主要分为三类：基于循环前缀、基于训练序列或导频序列、盲同步： 基于c p 的同步算法利用o f d m 系统固有的c p 进行操作，不需额外的辅助数据，因此一 不降低系统频谱效率。j j b e e k 1 2 l 提出a w g n 信道下利用c p 的最大似然法( m l ) 实现同步t 和频率偏差的联合估计，然而在多径衰落信道中，多径极大地破坏了c p 的相关性，使得该 算法在多径衰落中的性能很差。文献 1 3 1 改进了使用保护间隔获得同步的算法，将多个c p 信 号进行累加来获得更优的同步性能。文献 1 4 q h 介绍通过加权方法减小i s i 的方法，文献【1 5 】 是通过减小采样时钟频率偏移的敏感性，用大的运算量和运算复杂性来换取性能的提高。= 种较简单且常用的保护间隔算法在文献 1 6 】中介绍，该算法能获得精确的细频偏估计。文献 1 7 】 通过迭代处理改进了m l 算法，使得该算法适用于频偏的跟踪。利用c p 进行同步的算法简 单，运算量小，在a w g n 信道条件下性能好，但是，在高速移动多径衰落信道中不易保持精 确的时间同步。 基于训练序列或导频序列的同步算法需要额外的辅助数据信息，降低了系统的传输效率， 但是这类方法计算复杂度低、同步性能好。c l a s s e n 和m e y r 较早提出利用散布在o f d m 符号 中的导频进行频率粗同步和细同步，其粗同步需在一定范围内搜索，计算量较大。 s c i d l & c o x 【隋】用两个特殊结构的o f d m 符号作为训练序列进行定时和频偏估计，第一个 o f d m 符号仅在偶子载波上发送伪随机序列，因此在时域上得到的o f d m 符号的前一半和后 一半完全相同，利用这两段信号的相关性进行定时，利用前后两信号的相位差估计小数频偏， 查堕奎堂堡主堂垡丝塞 利用前后两o f d m 符号在相同子载波数据符号的差分关系估计整数频偏。【1 9 ，2 0 】针对 s c h m i d l & c o x 算法中定时度量函数顶部比较平坦的问题，重新设计训练序列对算法进行改进， 使得改进后的定时度量函数更为尖锐，时间同步性能更好。 盲同步算法利用信号的高阶统计特性或空子载波进行同步参数估计，该算法的特点是不 需任何额外开销，但算法复杂度较高，收敛较慢。文献 2 1 】利用c p 引入的循环平稳特性进行 定时和频偏估计，通过对子载波进行整形，计算接收信号的二阶统计量获得同步信息，该方 法能获得较大的估计范围，但计算循环平稳特性的统计量的采样数据量较大，复杂度高。文 献 2 2 1 通过过采样，利用过采样数据中奇偶序列由频偏引起的相位差进行频率同步，该方案 直接利用时域数据估计频偏，算法实现较快。【2 3 提出一种盲的低复杂度频率同步算法，其 基本思想是：频偏对o f d m 系统造成的影响与时钟抽样偏差对q a m 系统影响类似，该方法 在频率选择性信道下性能较好，计算复杂度相对较低，估计精度较高。总体而言，盲同步算 法运算量大，在实际系统中的应用还不常见。 1 3 论文工作安排 本文主要研究c m m b 系统中的同步算法，在阅读技术标准等文献的基础上对各种已有的 同步算法进行仿真、分析、比较和改进，最终寻求了针对c m m b 系统特殊结构的符号和频率 同步算法。 第1 章概述了论文背景及o f d m 中的同步技术，对论文结构进行了安排。 第2 章介绍了o f d m 系统中的同步类型，建立了o f d m 系统模型，在此基础上分析并仿 真了各种同步偏差对系统性能的影响，为后文各种同步算法奠定了理论基础，然后介绍了 o f d m 系统中典型符号同步和频偏估计算法。 第3 章首先简要介绍了c m m b 系统物理层传输标准及其关键技术，然后针对c m m b 系 统物理层帧结构，提出了基于同步信号特殊结构的粗同步算法、基于同步训练序列进行信道 估计实现精同步的算法和基于频域差分序列的整数频偏估计算法，进而设计了c m m b 系统符 号同步和频率同步联合算法，并在典型信道下进行了仿真分析。 统同步的整体框架，介绍了不同 估计的实现方案。 第2 章o f d m 基本原理及其同步技术 第2 章o f d m 基本原理及其同步技术 2 1o f d m 基本原理 1 0 , 1 1 , 2 4 l o f d m 的基本原理是将高速数据流分成若干低速数据流并行地在相互正交的子载波上传 输，通过将频率选择性多径衰落信道转换为在各个子载波上的平坦信道，减小了多径衰落的 影响，大大减小了i s i 。为了能够完全消除i s i ，通常在o f d m 符号中引入c p ，如图2 - 1 所示。 c p 对消除i s i 和保持子载波间正交性起着关键作用，只要循环前缀长度大于信道的最大时延， 理论上就能完全消除i s i 和i c i 的影响。 图2 1o f d m 体制的循环前缀 此外，针对o f d m 信号功率谱的带外衰减速度慢，即带外辐射功率比较大，通常采用加 窗技术对o f d m 信号进行平滑处理，使符号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。 2 1 1o f d m 系统一般模型 鬣i ： 假设o f d m 系统子载波数为n ( 包含一定数目的空闲子载波) ，第，个o f d m 符号上第k 个子载波上的数据符号为墨j ，其中，表示o f d m 符号序号，k 表示子载波序号。采样间隔 为c = 瓦，其中瓦为有效符号周期。o f d m 符号长度丁= 瓦+ ，其中乙为c p 的长度。 蓖 记载波频率为z ，o f d m 符号、c p 的采样点数分别为m 、c 尸，则m = + c 尸。 连续传输的o f d m 符号可表示为【1 1 】： 蹦h 耻j 丕蹦。互：砸一 2 “n “驰卜盯嘞) ) ，f 咫压u “妒 ( 2 1 ) 【0 ， ( ，+ 1 ) r 其中 ，= ：，篙2 丁 亿2 ， 东南大学硕士学位论文 其等效低通模型为： 其中： l f ，( f ) = l f ，( t - i t ) ，墨i ；t ( 2 3 ) y ，( t - i t ) ：l 互：一d 2 “硝h 卜剐玎g ( “1 ) 丁 ( 2 4 ) 【0， ( ，+ 1 ) 丁 当不考虑信道影响时，对式( 2 4 ) 中第f 个子载波解调，即在瓦内积分可得： 寺，l f ，心) , e - 2 x ( i t = x t - i t - t c p ) 衍 1n 2 一i( “l ! r = 軎五，女，“耵驯卜盯嘞h e - 2 ( i 7 x t - t r - r ，) d t ( 2 5 ) 1 一一n 2 f = ，r ；昂p f 五，七，k = j = 10 ， k i 即对第f 个子载波信道解调可恢复出发送数据五j ，而对其他子载波信道而言，在积分周期瓦 内，频率差别为( k - o t , , ，产生整数个o f d m 符号周期，所以积分结果为零。 2 1 2 多径信道下o f d m 信号传输 2 1 1 节分析o f d m 基本原理时没有考虑信道的影响，下面分析o f d m 信号在多径衰落 信道中的传输。式( 2 3 ) 描述的o f d m 信号通过一个信道响应为乃( r ，f ) ，f 0 ，f 一】的多径衰 落信道，则接收到的o f d m 基带信号可表示为： f 可m ( f ) = 办o ，f ) p y o ) + o ) = ，办o ，t ) g ( t - r ) d r + c o ( t ) ( 2 6 ) f = o 其中。表示卷积，t o ( t ) 为均值为0 ，方差为“2 的独立高斯白噪声。 接收端第，个o f d m 符号，第j j 个子载波的解调信号： 心) g 一2 础h r 一珏d t 向( r ，f m o r ) d r + 国( f ) 】p 一7 2 8 h r r 印) d t 6 ( 2 7 ) 咿嘞邶 ，嘞丫端以 一乙一瓦 2 章o f d m 基本原理及其同步技术 符号不受其他o f d m 干扰，即不存在i s i ，此时，l f ，( f ) 可 ( 即在瓦时间内，信道响应的变化可忽略) ： ) 五，l p 口州驯卜仃一b - f d r + r o ( t ) l e 。2 柚“一卜m d t z 一 ， f = 一n 2 ( 2 8 ) m ( 卜啪一卜驯l f 向( 咖掣腑7 r d r d t + r o l ，女 f = o ) d t 。 对式( 2 8 ) 以i = 毛n 采样，进行离散化处理可得： 巧。：i1“芝一n2-1叫xl，。j2n(i-kxnl- f i 一删【例广h ( r ) e 掣一限d r + r o t ，。 = 百叫厂嘶【 2 “瓦 ，t = 面乙i v - 1 z 尸j 2 u ( i - k ) m n 【，啊( 弦1 2 脯限d r + r o ，。 = x lk h 嚏+ lk f ”m 其中骂，。= j 啊 川，r 打7 瓦d r 表示第z 个o f d m 符号，在第七个子载波上的信道频域响应。 r = 0 吐占= ：! 二击垒 进去三妞 二 五：之高! 二地兰岁 毒 图2 - 20 f d m 系统并行信遁描述 由式( 2 9 ) 可知，通过在o f d m 符号块中加入c p ，不仅消除了i c i 和i s i ，而且在频 域上把信道变成了个独立的并行子信道，每个子系统只受平坦衰落信道和高斯噪声的影 响。图2 2 显示了这种并行等效后的输入输出关系。 2 1 3 基于i f f t ，f f t 实现的o f d m 系统模型 式( 2 4 ) 描述的o f d m 连续信号形式不便于实现，随着数字信号处理技术的快速发展， 现代通信系统通常在基带实现复杂的数字信号处理过程，然后再调制到射频发射。下面对式 。7 东南大学硕士学位论文 ( 2 4 ) 中y o ( ，) 进行离散化处理，进而得出基于i f f t f f t 实现的o f d m 模型。 以瓦n 的采样速率对