無線通信中OFDM技術(shù)及同步問題的研究

陳玉章 黑龍江省機場管理集團有限公司

引言：OFDM技術(shù)即正交頻分復用技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，它具有高頻譜利用率并且抗多徑性能好等諸多優(yōu)點，因此適用于無線通信中高速信息流的傳輸。目前，在手機通信、局域網(wǎng)通信以及HDTV等多個領(lǐng)域都應(yīng)用了OFDM技術(shù)，因此對于OFDM技術(shù)的研究具有重要意義。OFDM技術(shù)具有諸多優(yōu)點的同時，存在對同步誤差敏感的問題，因此，對OFDM技術(shù)的研究離不開對同步技術(shù)的研究。

1 OFDM技術(shù)的概述

OFDM技術(shù)從根本上來講是一種多載波調(diào)制技術(shù)，它通過相互正交的子載波來傳輸信息，具有較高的頻譜利用率和較好的抗干擾性能。應(yīng)用OFDM技術(shù)進行信號的調(diào)制時，首先使高速的串行信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為低速的并行信號，并將其調(diào)制到相互正交的各個子載波上，作為發(fā)送信號發(fā)送到信道中。

從時域上來看，OFDM信號在傳輸時為多個并行的低速信息流，因此可以使每個信息碼元的持續(xù)時間增長，這就使得信號的抗多徑時延性能增強。并且通過在OFDM數(shù)據(jù)信號前插入循環(huán)前綴，可以進一步抵抗多徑效應(yīng)的干擾，保證子載波之間的正交性不被破壞。

從頻域上來看，OFDM技術(shù)的各個子信道相互正交，與整個信號帶寬相比，各個子信道帶寬較小，使信號在各個子信道上實現(xiàn)窄帶傳輸，有效抑制了頻率選擇性干擾。

2 同步問題分析

OFDM技術(shù)具有許多傳統(tǒng)無線通信技術(shù)所不具備的優(yōu)點，但同時也存在對同步誤差敏感等缺陷，因此，研究OFDM技術(shù)離不開對其中同步技術(shù)的分析。

2.1 同步技術(shù)的分類

同步技術(shù)可以分為三大類：定時同步、載波頻率同步和采樣始終同步。其中定時同步是為了找到快速傅里葉變換的正確起始位置，找到正確的定時點來接受信號；載波頻率同步是為了保證接收端與發(fā)送端的載波頻率保持一致；采樣時鐘同步的目的是保證收發(fā)端數(shù)模轉(zhuǎn)化器的采樣時鐘保持一致，來對信號進行正確的采樣。

2.2 同步算法

同步技術(shù)是無線通信中的核心技術(shù)之一，目前，有許多研究學者針對同步技術(shù)進行了研究?，F(xiàn)有的同步算法可以分為非數(shù)據(jù)輔助型同步和數(shù)據(jù)輔助型同步算法兩大類，第一類是指無需額外插入額外的數(shù)據(jù)便可以對信號進行同步處理，一般利用OFDM符號的循環(huán)前綴來進行同步運算，第二類一般通過在OFDM數(shù)據(jù)符號前插入訓練序列來實現(xiàn)同步運算，這類算法增加了信息的冗余度，但具有較高的同步精度，特別在無線信道多徑衰落的環(huán)境下具有較為優(yōu)越的性能，因此應(yīng)用也更加廣泛，下面針對基于訓練序列的同步算法進行詳細的研究。

2.3 基于訓練序列的同步算法

在一幀OFDM符號中，由循環(huán)前綴和OFDM數(shù)據(jù)符號組成，為了進行同步運算，人為的在循環(huán)前綴前插入一段已知序列作為訓練序列，通常根據(jù)訓練序列的自相關(guān)特性，通過對訓練序列進行循環(huán)卷積運算，來計算出信號的正確定時點，實現(xiàn)定時同步。在定時完成后，進一步根據(jù)信號本身特性便可以得到系統(tǒng)中存在的載波頻率偏移。傳統(tǒng)的基于訓練序列的同步算法有Schmidl算法、Minn算法以及Park算法等，其均采用PN序列作為訓練序列，通過對訓練序列的結(jié)構(gòu)不斷改進來實現(xiàn)更為精確的同步運算。目前，很多傳統(tǒng)同步算法的改進算法已經(jīng)被提出，除了對訓練序列結(jié)構(gòu)進行改變之外，研究學者們也提出了采用CAZAC序列等作為訓練序列的時頻同步算法。進一步改進中，可以實現(xiàn)對定時同步和載波頻率同步的同時進行，實現(xiàn)時頻聯(lián)合同步，該算法基于FrFT以及Randon-Wigner變換等時頻變換實現(xiàn)，使同步精度和效率都得到了提高。

在實際系統(tǒng)中，一方面采樣同步誤差對系統(tǒng)的影響最小，另一方面通過對定時誤差和載波頻率偏移誤差的估計和補償可以在一定程度上對采樣同步誤差進行補償，因此，目前對采樣同步算法的相關(guān)研究相對較少，而研究主要集中在定時同步和載波頻率同步上。

3 結(jié)束語

OFDM技術(shù)是無線通信中的核心技術(shù)之一，具有高頻譜利用率以及抗多徑干擾性能強等優(yōu)良特性，但OFDM信號對同步誤差十分敏感，因此研究OFDM信號中的同步問題十分必要。通過對信號進行定時同步以及載波頻率同步可以使接收端正確接收信號并進行下一步的信號處理，以幫助接收端正確恢復出原發(fā)送信號，因此，信號同步是正確恢復原始信號的基礎(chǔ)，OFDM信號同步問題也是無線通信領(lǐng)域重要的研究方向之一。