一种新型OFDM系统频率和时间同步算法正交频分复用同步频率偏移时间偏移

1、一种新型OFDM系统频率和时间同步算法，正交频分复用，同步，频率偏移，时间偏移    近年来，0FDM系统在无线通信领域引起了很大的关注1。这主要是由于移动环境中对高速率传输数据的需求日益增加，而高速率在无线信道中却比较难以获得。0FDM正是在这样一种需求下快速发展起来的，它能够抗频率选择性衰落，具有较高的频谱利用率，并且能被用来快速的执行FFT算法。目前，它已经被成功的应用在DAB(digitalaudiobroadcast)、DVB（digitalvediobroadcast)、无线局域网和非对称数字用户线系统中。尽管0FDM系统有诸多优点近年来，0

2、FDM系统在无线通信领域引起了很大的关注1。这主要是由于移动环境中对高速率传输数据的需求日益增加，而高速率在无线信道中却比较难以获得。0FDM正是在这样一种需求下快速发展起来的，它能够抗频率选择性衰落，具有较高的频谱利用率，并且能被用来快速的执行FFT算法。目前，它已经被成功的应用在DAB(digital     audio broadcast)、DVB （digital vedio broadcast)、无线局域网和非对称数字用户线系统中。尽管0FDM系统有诸多优点，但它对同步却非常敏感，并具有很高的要求。所以，0FDM信号的成功传输，很大程度上依赖于

3、快速和准确的获取同步信息。需要获取的同步信息主要包括：采样时钟的同步，符号的同步以及收发端频率的同步。而0FDM同步的主要方式分为：数据辅助方式2和非数据辅助方式3。本文采用的是无ISI干扰的循环前缀就属于非数据辅助方式。由于本文中主要针对频率和符号同步，所以假设采样时钟已经同步。0FDM符号前加入的前缀是为了降低多径带来的影响，同时考虑到不破坏子载波间的正交性。该前缀是0FDM符号后一部分的复制。本文提出的这一种新型的符号和频率同步方法，首先定位出了无ISI干扰的循环前缀部分(假设前一个符号的延迟扩展没有超过循环前缀)，再利用这一部分来估计符号和频率偏移。从同步仿真可以看出，由于利用的是无I

4、SI干扰的循环前缀部分，所以，对符号偏移的估计和ML算法相当，而对频率的估计优于ML算法。OFDM信号模型0FDM系统中发送端传输的基带信号Xn可以被写成下列形式：其中，Xn，k是QAM或PSK映射后的符号，它被调制在第k个子载波的第n个0FDM符号上。N是FFT变换的大小，子载波数是2K+1。假设信道存在多径和加性高斯白噪声，那么，发送的信号将受到二者的影响。对于接收端存在着接收信号到达时间的不确定性(造成符号时间偏移)，以及接收端和发送端本振间存在着差异(造成频率偏移)来说。如果第一种不确定因素可以看做是将信道脉冲响应延迟，则信道脉冲响应为Cn(k一，m)(k一。而第二种不确定因素造成的影

5、响则可以被看作是    收端产生的接收信号为：式中，M是相互独立的路径数目，是被子载波间隔归一化的频率偏移量，n(k)是加性高斯白噪声。符号和频率同步算法首先，应找出无ISI干扰的GI部分，即nT+MknT+M+Tg。在本文的同步算法中，假设前一个符号的最大延迟扩展并没有超出循环前缀，即M小于循环前缀的长度。那么，应先用接收到的信号的模减去其自身延迟了0FDM符号间隔T后的信号的模，所得到的信号为：由于信道中的AWGN能量相对于信号能量非常小，且由于无ISI干扰的GI部分有xn(k一一m)= xn(k一T一一m)，所以，上面的式子可以化简为：此外，当最大

6、多谱勒频移小于符号频率，且一个符号间隔内不存在时间选择性衰落时，则有：cn(k一，m)=cn(k一T一，m)。又因为SNR非常高，|n（k）|-|n（k-T）|近似为零。所以，当nT+M+Nt+M+Tg+时，有：为了准确定位无ISI干扰的GI部分的起始点，按下来应对rn，dif（k)进行滑动平均，若窗口的长度为Tg-m，则有：由此可知，只有在nt+m+1时，rn，ave(k)才为零，而在其它点处都具有一定的值。但这点周围的值都具有比较小的幅度。为了进一步精确的找到这点，应进行下列运算：由于rn，ave(k)的值在nT+m+1点处为零，而在nT+m+2点处是不为零的值，所以，rn，ave(k)在

7、nT+m+2点处的值为无穷大，而rn，ave(k)在其它点处的值则非常小(近似为零)，所以，可通过探测无穷大这一点的值来定位无ISI干扰的GI部分的起始点。符号的同步是有比较宽的范围的，只要找出的那一点到FFT变换的起始点之间所有的点，它们都可以作为0FDM符号的同步点。这样就可完成符号的同步，这样，就可只考虑频率的同步了。之后，便可利用无ISI干扰的GI部分的样点结合ML算法来计算频率偏移。由于上面的算法找出的第一个无穷点处于+m+2处，因此，在已知最大多径延迟m时，便可以求出的值，该值也就是发送端和接收端之间的符号偏移值。利用无ISI干扰的GI部分的样点结合ML算法中对的估计可计算频率的偏移量。在ML算法中对进行估计时，值时刻所对应的ML，然后，在此时刻计算：（k+N）可缩短求和的范围。若k的取值范围由，+Tg一1变为+m+2，+Tg一1(其中+m+2已知)，那么，利用上边计算出来的可在=伤真结果仿真时，取0FDM系统的子载波数目为1024，F