無線通信中的OFDM技術(shù)與同步問題研究

崔娜

【摘要】 隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，無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(duì)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?yàn)榇龠M(jìn)無線通信行業(yè)的發(fā)展起到一定積極作用。因此，加大對(duì)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(shí)意義。

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

OFDM技術(shù)運(yùn)行的基本原理簡(jiǎn)而言之就是降低子載波上符號(hào)的速率，通過將高速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為低速的數(shù)據(jù)流，將串行的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的數(shù)據(jù)流，達(dá)到在多個(gè)相互之間有正交關(guān)系的子載波上進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸?shù)哪康?。也正是由于這種數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)化方法，避免了子載波間出現(xiàn)干擾的現(xiàn)象，提高了頻帶的使用效率。

一、OFDM技術(shù)的同步問題分析

1.1 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：

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。

1.2 OFDM 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)。

二、0FDM技術(shù)在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用——基于IFFT/FFT的OFDM系統(tǒng)

一般地，傳統(tǒng)頻分復(fù)用系統(tǒng)（FDM）在規(guī)避載波互擾方面主要以增加保護(hù)頻帶的方式實(shí)現(xiàn)，該做法一定程度上無法保證頻譜有用率。正交頻分復(fù)用系統(tǒng)（0FDM）利用正交濾波器將不同子載波分割成為多組子信道，主要適用路數(shù)較多的情況。上世紀(jì)80年代初期，Weinstein和Ebert在多載波傳輸系統(tǒng)內(nèi)引入DFT程序，以此為多路徑信道復(fù)合與分解打開了方便之門。同時(shí)，為有效規(guī)避多路徑信道引起0FDM符號(hào)間互相干擾（ISI）的問題，每組符號(hào)間均插入循環(huán)前綴（即Cyclic Prefix，CP），也就是把0FDM符號(hào)最后幾個(gè)碼元直接復(fù)制插入至自身前一位。若循環(huán)前綴（即Cyclic Prefix，CP）占用時(shí)間超過或等于最大的時(shí)延拓展Tmax，其說明多路徑信道的通信信號(hào)不會(huì)直接延伸至下個(gè)傳輸周期。我們認(rèn)為循環(huán)前綴（即Cyclic Prefix，CP）可對(duì)應(yīng)L組碼元，則將發(fā)送符號(hào)“S”以公式表示為：S={Xn-g，Xn-g+1，……Xn-1，X0，X1，……Xn-1}。經(jīng)信道傳輸，接收客戶端移動(dòng)符號(hào)“S”內(nèi)前O個(gè)碼元，由此可得0FDM符號(hào)“Y”，“Y”由M組碼元共同構(gòu)成。然后，經(jīng)由“Y”檢測(cè)處理恢復(fù)最初信號(hào)。相較于同速率單載波系統(tǒng)，0FDM系統(tǒng)的子載波碼元寬度均為單載波碼元寬度的M倍，其信道時(shí)延拓展的性能更好，這樣說明了0FDM系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。

總結(jié)：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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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。由此，0FDM系統(tǒng)從其技術(shù)特點(diǎn)方面來看，儼然成為新一代光纖通信系統(tǒng)不可或缺的技術(shù)手段之一。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]林燕.高速光纖通信系統(tǒng)中的OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真與實(shí)現(xiàn)[J].通訊世界，2015（02）.

[2]郝耀鴻，李玉權(quán)，王榮.OFDM在長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)色散補(bǔ)償中的應(yīng)用[J]，電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2010（05）.