基于OFDMA的同步算法研究

海玲

摘 要：文章首先分析了基于OFDMA的通信系統(tǒng)同步算法功能實現(xiàn)原理，從概念和原理兩部分進(jìn)行展開。在此基礎(chǔ)上重點探討實現(xiàn)OFDMA同步運算的技術(shù)方法，并對子載波信號收發(fā)機結(jié)構(gòu)做出詳細(xì)論述，幫助明確同步算法應(yīng)用中需要改進(jìn)的部分，從而達(dá)到最佳運算控制效果。

關(guān)鍵詞：OFDMA；同步算法；頻偏估計

中圖分類號：TP30 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：The paper first analyzes the function implementation principle of the communication system synchronization algorithm based on OFDMA，from the two aspects of the concept and the principle.This paper mainly discusses the technical methods to implement the OFDMA synchronization algorithm，and elaborates on the structure of the sub-carrier signal transceiver，which helps improve the synchronization algorithm，so as to achieve the best effect of operation control.

Keywords：OFDMA；synchronization algorithm；frequency offset estimation

1 引言（Introduction）

OFDMA屬于一種同步并行數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)鬏斨械臄?shù)據(jù)進(jìn)行速度轉(zhuǎn)換，或者根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊功能需求進(jìn)行疊加處理，在功能上與數(shù)據(jù)使用參數(shù)系統(tǒng)保持一致。不同速度數(shù)據(jù)疊加之后形成信號波形圖，如圖1所示。

重疊多載波中包含多種波形特征，所涵蓋數(shù)據(jù)信息也更全面。重疊多載波屬于整體波動，實際使用中需要將其拆分成為多種形式，分別在傳輸中表示不同信息，接收到信息后根據(jù)頻帶不同來區(qū)分最終的指令，達(dá)到算法與實際波形變化同步的形式[1]。此外，OFDMA中還引入了保護(hù)間隔（GuardInterval）。當(dāng)保護(hù)間隔長度大于最大多徑時延擴展時，可以完全消除由于多徑帶來的碼間干擾影響。如果采用循環(huán)前綴（CP）作為保護(hù)間隔（圖1），還可以避免由于多徑傳播帶來的信道間干擾（ICI）[2]。

2 OFDMA概述（OFDMA introduction）

2.1 OFDMA信號基本原理

信號傳輸為提升效率，保障最安全的數(shù)據(jù)結(jié)果，會在接收前將串聯(lián)信號整理成為并聯(lián)形式，進(jìn)入到OFDMA信號調(diào)試階段，調(diào)試需要改變信號連接形式，轉(zhuǎn)化成為并聯(lián)模式，這樣有助于同步算法應(yīng)用開展，調(diào)試處理結(jié)束后進(jìn)入到最終的串行狀態(tài)下，這樣最終的管理效果才不會受到影響[3]。解調(diào)部分在信號獲取階段具有先后順序，首先會獲取子載波上的信號，再進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸模式之間的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)信息處理是解決當(dāng)前解決問題的有效方法，建立在良好信息處理環(huán)境下開展后續(xù)任務(wù)效率才能得到提升。OFDMA信號調(diào)制是將經(jīng)過星座映射后的數(shù)據(jù)符號調(diào)制到若干相互正交的子載波上。在調(diào)制之前需要將串行的數(shù)據(jù)符號變成并行的，調(diào)制后再疊成變成串行的，OFDMA解調(diào)則是先獲取子載波上的數(shù)據(jù)符號信息后，再將數(shù)據(jù)由并行變成串行。

2.2 信號收發(fā)機結(jié)構(gòu)

觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，上面介紹的OFDMA調(diào)制和解調(diào)相對復(fù)雜，需要大量正弦波發(fā)生器、濾波器、調(diào)制及相干解調(diào)器。收發(fā)機使用功能實現(xiàn)需要達(dá)到抗干擾效果，多路徑信號傳輸干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的概率也會增大，OFDMA信號收發(fā)機結(jié)構(gòu)中會設(shè)置信號符號之間的隔離保護(hù)，使獨立的信號之間產(chǎn)生間隔，這樣的在傳輸中彼此之間也不會產(chǎn)生干擾。根據(jù)上圖顯示可以發(fā)現(xiàn)，信號之間間隔的長度用Tg，能夠大于最大時延擴展，在路徑選擇中才不會出現(xiàn)干擾，同時也更有利于效果提升。子波干擾預(yù)防采用填充前綴信號的形式進(jìn)行，延時時間設(shè)置合理，收發(fā)機在信號接收穩(wěn)定程度上也會提升，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街付▍^(qū)域內(nèi)。

2.3 OFDMA功能實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

對于功能中所存在的風(fēng)險隱患控制問題，設(shè)計期間會重點從評估角度進(jìn)行預(yù)防，改變信號傳輸過程中的傳輸模式，降低干擾因素所造成影響。信號收發(fā)機設(shè)計是技術(shù)的關(guān)鍵部分，對于常見使用安全性問題，在設(shè)計過程中要從多個角度分析，排除傳輸階段干擾造成后進(jìn)入到更深層次的風(fēng)險評估，對收發(fā)機部分加強理論性研究控制[4]。決定功能是否能夠高速實現(xiàn)，首先要保障信息的安全程度，確定載波系統(tǒng)運行模式，單項載波與雙向載波之間更好的結(jié)合轉(zhuǎn)換，保障信道對數(shù)據(jù)信息的傳輸速度，這樣開展各項控制計劃中才不會影響到最終安全性。子信道疊加期間會產(chǎn)生部分信號信息覆蓋情況，在同步運算處理中避免出現(xiàn)信息遺漏，確保所處理的信息與實際傳輸數(shù)量保持一致，這樣各項控制計劃也能順利開展。功能隱患在設(shè)計中便應(yīng)該控制避免，繼續(xù)深入傳輸才不會受到影響。多普勒頻移技術(shù)應(yīng)用后對信息傳輸波形捕捉更為精準(zhǔn)，在同一頻率的信號傳輸上，最終結(jié)果準(zhǔn)確程度也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，將信號傳輸以波形圖展現(xiàn)出來，方便技術(shù)人員對同步運算進(jìn)展情況隨時查看。

3 OPDMA系統(tǒng)實現(xiàn)同步運算的研究（Study on the

synchronization algorithm based on OFDMA）

3.1 基于訓(xùn)練序列的延時相關(guān)算法

同步運算在時間上要與系統(tǒng)保持一致，采用自動化方法來幫助提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場使用安全問題后及時探討解決規(guī)劃措施。定時運算需要掌握系統(tǒng)運行控制期間可能會產(chǎn)生的時間間隔過長現(xiàn)象，加強系統(tǒng)內(nèi)部強化控制，在程序設(shè)計匯編中確定最適合的間隔時間[5]。實現(xiàn)同步預(yù)算需要保障信息傳輸部分與現(xiàn)場控制模塊之間的結(jié)合程度，信息處理穩(wěn)定性提升后接下來的各項運行控制計劃也能保證開展積極性，達(dá)到最終的管理運算效果。同步算法中需要解決系統(tǒng)運行遇到的管理問題，風(fēng)險評估體系使用前先進(jìn)性檢驗，是否能夠是實現(xiàn)對信息傳輸環(huán)境風(fēng)險的預(yù)知與控制管理。采用如下公式來對同步運算間隔時間進(jìn)行確定，M（d）=P2（d）/C2（d），運算期間系統(tǒng)會自動進(jìn)行起始位置定位，對于比較常見的運行穩(wěn)定性問題，通過協(xié)調(diào)技術(shù)性問題并應(yīng)用解決方案，能夠?qū)⑼剿惴ㄅc自動化系統(tǒng)相互結(jié)合[6]。公式應(yīng)用結(jié)合信息傳輸不同環(huán)境進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場安全隱患問題后通過這種相互配合措施能夠得到解決。確定同步運算方法后，進(jìn)入到接下來的控制模塊中，軟件設(shè)置配合硬件系統(tǒng)進(jìn)行，實現(xiàn)軟件與硬件之間相互結(jié)合。endprint

3.2 基于循環(huán)前綴的定時同步算法

設(shè)置信息傳輸通道循環(huán)過程中，可以通過設(shè)置前綴的方法來提升最終系統(tǒng)運行配合穩(wěn)定性，在使用功能上達(dá)到更理想的效果。前綴設(shè)計在計算方法上要與運算模式保持一致，這樣的理念下開展各項信息傳輸控制才能保障最終結(jié)果穩(wěn)定。同步算法中應(yīng)用循環(huán)前綴模式，會先針對循環(huán)范圍做出確定，觀察不同使用模式下是否存在可能會影響循環(huán)進(jìn)行的參數(shù)因素，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，進(jìn)入到控制階段[7]。前綴數(shù)據(jù)需要根據(jù)傳輸不同位置做出改變，循環(huán)前綴設(shè)置后信息傳輸通道在時間間隔上會做出改變，對獨立的信息傳輸頻帶起到隔離控制效果，循環(huán)過程發(fā)展迅速，提升系統(tǒng)使用穩(wěn)定性后進(jìn)入到綜合發(fā)展層面，這樣的環(huán)境中也能避免在功能上受到影響。利用這種同步算法，能夠?qū)崿F(xiàn)信息指令重復(fù)傳輸，滿足控制系統(tǒng)使用安全性，同步算法中應(yīng)用這種方法有利于數(shù)據(jù)傳輸提升安全性，通過這種方法來建設(shè)解決也十分重要。OFDMA符號在定位傳輸中出現(xiàn)偏差需要繼續(xù)深入調(diào)節(jié)，通過程序匯編來實現(xiàn)這一方面任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸中攜帶信息，利用所攜帶的信息來進(jìn)行更深入設(shè)計，最終效果也十分明顯。在設(shè)計中需要針對偏移情況進(jìn)行時間間隔誤差定位，了解實際偏差情況，并配合技術(shù)性方法來控制解決，這樣在問題解決能力上才不會受到影響。不同偏移情況具有含義上的差異性，運算公式確定中體現(xiàn)出這種特征。

4 多用戶OFDMA系統(tǒng)頻偏補償及用戶分離算法

（Multi-user OFDMA system frequency offset

compensation and user separation algorithm）

4.1 頻偏時域補償算法

頻偏時域補償算法也屬于同步算法中的一種，建立算法應(yīng)用環(huán)境，針對多用戶采用OFDMA補償算法的形式來滿足通信需求，需要建立在系統(tǒng)誤差補償基礎(chǔ)上，觀察是否存在可能會影響到功能進(jìn)展的實際情況。頻域計算中需要確定一個固定的運算環(huán)境，并觀察在系統(tǒng)中是否存在影響問題，頻域發(fā)生偏差時采用特定的計算方法能夠補償并對信息填充完整，從而達(dá)到最佳控制效果。時域補償中需要集合算法開展，多用戶在應(yīng)用通信系統(tǒng)中對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息傳輸需求更大，簡單的隔離方法并不能確定信息準(zhǔn)確程度，采用頻偏時域補償方法來計算，信息數(shù)據(jù)傳輸中損耗的部分在補償技術(shù)下能夠自動填補。數(shù)據(jù)信息補償后繼續(xù)開展的運算任務(wù)，在結(jié)果準(zhǔn)確程度上可以達(dá)到使用規(guī)定。這種同步補償算法的實現(xiàn)過程見圖3。

圖3可以發(fā)現(xiàn)多用戶運行模式下，每個用戶都是獨立存在的，同步補償運算也需要獨立進(jìn)行，這樣才能避免干擾問題出現(xiàn)影響到最終的系統(tǒng)控制能力，當(dāng)前頻域計算管理中存在的各類問題，建立管理積極性也有很大幫助。這種同步算法采用重復(fù)原理實現(xiàn)功能，首先針對一個用戶的偏差問題進(jìn)行糾正，運算過程中系統(tǒng)內(nèi)會自動總結(jié)經(jīng)驗，并將經(jīng)驗數(shù)據(jù)整理后與其他需要頻偏補償?shù)牟糠诌M(jìn)行糾正，對比運算可以節(jié)省大量時間，并幫助提升系統(tǒng)運行管理效率。對于運算偏差采用這種經(jīng)驗補償是提升問題解決方案的有效措施。多用戶所發(fā)生的頻偏誤差時如果情況大致相同，所捕捉到的波形也沒有明顯變化，此時可以將運算公式按照數(shù)量相乘，避免最終信息結(jié)果受到影響，OFDMA對正交頻進(jìn)行多地址劃分，技術(shù)原理上符合多用戶對控制系統(tǒng)的使用需求，在此環(huán)境中開展各項控制計劃之間的相互整合，快速確定適合的最佳算法，對提升問題解決效率也有很大幫助。上圖中表示的重復(fù)運算部分，需要建立起可持續(xù)發(fā)展技術(shù)方法，在技術(shù)層面上與管理計劃之間相互結(jié)合，實現(xiàn)重復(fù)運算并為所開展的計算方案創(chuàng)造一個切實可行的技術(shù)性方案。

4.2 頻偏補償算法

該種同步算法在技術(shù)原理上與頻偏時域補償有相同之處，但具體運算還需要建立一個長期控制模式，在不同算法支持幫助下形成一個高效的信息處理模式。數(shù)據(jù)在獨立傳輸中雖然已經(jīng)進(jìn)行了彼此之間的隔離處理，但受傳輸環(huán)境影響仍然可能會造成技術(shù)性問題。對此采用頻偏補償算法，隨著數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)反映波形中所體現(xiàn)出的頻域偏差來計算出最終解決方案，將誤差補償后再進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)傳輸，這樣進(jìn)入到信號接收端的信息在安全性上可以達(dá)到最佳效果，這一點也符合當(dāng)前的技術(shù)性發(fā)展需求，能夠達(dá)到最佳控制管理效果。有關(guān)于頻域算法與現(xiàn)場控制之間的技術(shù)結(jié)合，要考慮功能實現(xiàn)是否穩(wěn)定，任何時刻都要將數(shù)據(jù)傳輸中風(fēng)險降低放在首位。造成數(shù)據(jù)頻偏現(xiàn)象的可能性降低后，接下來開展各項控制計劃也能更高效進(jìn)行從，幫助節(jié)省同步算法應(yīng)用所需時間。頻偏現(xiàn)象一旦發(fā)生如果不能解決最終接收到的傳輸信息也將是無效的，并不能達(dá)到最佳效果。

4.3 基于OFDMA同步算法的仿真實驗

掌握同步算法應(yīng)用原理和不同情況解決措施后，需要對所建立的系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗。確定一部分子載波用于仿真實驗開展，分別計算處于不同環(huán)境下開展控制是否會對子載波數(shù)據(jù)傳輸造成影響，排除環(huán)境中所存在的干擾影響后進(jìn)入到更深層次的研究控制層面。同步算法仿真實驗進(jìn)行要模擬真實的數(shù)據(jù)信息子載波傳輸情況，檢驗信息傳輸技術(shù)應(yīng)用后是否在功能上更加穩(wěn)定，配合相關(guān)風(fēng)險預(yù)防措施進(jìn)行。仿真實驗進(jìn)行后發(fā)現(xiàn)在文章所提出的幾種同步算法中，存在需要繼續(xù)深入完善的內(nèi)容，在對子載波進(jìn)行獨立隔離時仍然不能完全避免風(fēng)險問題發(fā)生，這樣不能滿足高端用戶對系統(tǒng)使用需求，需要從算法仿真完善中繼續(xù)加強。子載波傳輸信號隔離可以先劃分類型后進(jìn)行，這樣能夠幫助避免產(chǎn)生影響功能隱患的問題，并為管理計劃開展建立一個更高層次的安全環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息之間的高速率傳輸。

5 結(jié)論（Conclusion）

OFDMA系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的點對點的OFDMA系統(tǒng)，同步技術(shù)有著新的難點，因為首先由于接收到的是多用戶的復(fù)合信號，各個用戶的衰落和經(jīng)過的信道特征不同，所以他們的定時和頻偏都是各不相同的，因此傳統(tǒng)單參數(shù)的同步估計問題演變成了多參數(shù)的估計問題，其次，對定時和頻偏的補償也變得更加復(fù)雜，因為對一個用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行補償可能會影響其他用戶的信息。研究了基于子載波塊狀分配的OFDMA系統(tǒng)的頻偏估計算法，分析了不同訓(xùn)練序列分配下的OFDMA系統(tǒng)頻偏估計性能。得出連續(xù)分配的訓(xùn)練序列的多用戶OFDMA系統(tǒng)可以比交織分配的訓(xùn)練序列的系統(tǒng)得到更好的頻偏估計性能。同時也對基于子載波交織分配的OFDMA系統(tǒng)的頻偏估計算法進(jìn)行了研究和仿真，仿真結(jié)果表明該算法可成功的估計出基于子載波交織分配的多用戶OFDMA系統(tǒng)的各用戶的頻偏估計信息。

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作者簡介：

海 玲（1982-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：信號檢測與處理，計算機網(wǎng)絡(luò).endprint