無線通信中的OFDM技術(shù)及同步問題研究

王中杰

【摘要】 0FDM技術(shù)及其同步技術(shù)在無線通信中是非常關(guān)鍵的問題。本文以無線通信為研究對象，著重分析和探究了OFDM技術(shù)及同步問題。首先對OFDM技術(shù)概述以及其技術(shù)基礎(chǔ)進行了研究和闡述，其次，分析從OFDM系統(tǒng)同步模型以及OFDM同步算法這兩個方面對OFDM系統(tǒng)中的同步技術(shù)進行了分析和探究。希望能夠通過本文對于OFDM技術(shù)及同步問題的研究，能夠為無線通信技術(shù)的發(fā)展提供一定幫助作用。

【關(guān)鍵字】 無線通信 OFDM技術(shù) 同步技術(shù)

引言：目前，OFDM技術(shù)是無線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)以及最具潛力技術(shù)之一。與其他無線傳輸技術(shù)相比，它具備自己獨特的優(yōu)勢，適用于高速無線傳輸系統(tǒng)，目前已經(jīng)在HDTV、無線寬帶接入、無線局域網(wǎng)以及DVB等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。因此，加大對無線通信中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，各子載波信號通過疊加之后再進行符號的輸出，且可通過QAM或者PSK的調(diào)制方式來進行每個子載波信號的調(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行更多數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)頻帶利用率的提升。

1.2 OFDM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，進而在相互正交的子載波上將這種數(shù)據(jù)流進行調(diào)制，再累積相加這些調(diào)制信號，最后發(fā)射信號。

基于時域的角度來看，OFDM在傳輸多個符號時，采用并行方式能夠增加碼元的持續(xù)時間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對時間彌散性最大程度的減弱，而這種彌散性是由無線信道的多徑時延擴展產(chǎn)生。同時，OFDM技術(shù)將循環(huán)前綴插入符號之間，不僅能夠有效避免由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的符號之間的干擾，而且還能夠?qū)ψ虞d波間正交性的影響實現(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。

基于頻域的角度來看，OFDM技術(shù)具有多個正交子信道，且采用并行傳輸正交子載波的方式，也就是整個分配信道被多個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，但是每個子信道具有一定的平坦性，且與信道相關(guān)帶寬相比，信號帶寬較小，這樣技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)在每個信道上進行窄帶傳輸，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

2.1 OFDM 同步模型分析

同步技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中是非常關(guān)鍵的技術(shù)，其在OFDM系統(tǒng)中同樣重要。下圖為OFDM系統(tǒng)同步模型圖：

如上圖所示，OFDM系統(tǒng)對于其信號的處理過程分為三個同步問題：第一，符號定時同步（FFT窗口準確位置的符號）；第二，樣值同步（數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換時的時鐘采樣值）；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OFDM系統(tǒng)同步模型也對每個同步在系統(tǒng)中的位置進行了表示。

2.2 OFDM 同步算法分析

1、非數(shù)據(jù)輔助算法

從信號的發(fā)送一直到其接收，在整個過程中，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而進行同步。這種算法通常是對自身循環(huán)前綴的使用來進行定時同步的。由于循環(huán)前綴在OFDM系統(tǒng)中的加入，使得前后數(shù)據(jù)都與其符號有了關(guān)系，這樣就可以利用關(guān)系進行定時同步。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符號中插入同步的訓練符號序列，其插入的位置一般是在一個或者一段 OFDM 符號的前面。加入訓練符號序列之后雖然會降低傳輸速率，但是卻能完成信道估計和同步估計。因此數(shù)據(jù)輔助算法能夠針對不同的業(yè)務(wù)需求，來選擇不同的訓練符號。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性能，因此其對于無線通信系統(tǒng)而言，更加適合。

3、訓練序列同步算法

發(fā)送信號的訓練符號在OFDM中是重復(fù)的，而且符號經(jīng)受了相同的頻率偏移，這就使得相位差產(chǎn)生，即一個可以通過計算得到的相位差。訓練序列同步算法的下一步計算可以根據(jù)得到的相位差來進行頻偏估計。通過對重復(fù)發(fā)送的訓練符號數(shù)據(jù)塊進行捕獲和處理，接收端就能夠得到頻率偏移估計并同時獲得符號定時估計。

三、結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，時代的進步，無線通信逐漸由早期用于傳輸語音數(shù)據(jù)的功能擴展到各個領(lǐng)域。現(xiàn)在智能移動電話已經(jīng)在移動通信中得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著用戶要求的不斷提高，無線通信在數(shù)據(jù)傳輸速度方面的發(fā)展也越來越快。通過本文對無線通信中OFDM技術(shù)以及同步問題的分析和研究，希望能夠為促進無線通信行業(yè)的發(fā)展起到一定積極作用。

參 考 文 獻

[1]石鈞.OFD無線通信系統(tǒng)信道估計及自適應(yīng)算法的研究[J].北京郵電大學，2012-04-20

[2]姚志強；羅荊；丁躍華；裴廷睿.分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)幀同步性能分析[J].電子學報，2013-10