第8章MIMO-OFDM系統(tǒng)的同步問題

第8章MIMO-OFDM系統(tǒng)的同步問題8.1引言

同步技術(shù)是任何一個通信系統(tǒng)都需要解決的實(shí)際問題，直接關(guān)系到通信系統(tǒng)的整體性能。LPF模擬通信：相干解調(diào)器數(shù)字通信：載波同步位同步幀同步OFDM系統(tǒng)中的同步在OFDM系統(tǒng)中，有4種同步需要考慮：

符號定時同步樣值定時同步樣值頻率同步載波同步8.2OFDM系統(tǒng)同步技術(shù)的分類符號定時同步的目的是在接收端確定每個OFDM符號的起止時刻，即確定FFT窗的開始時刻。情形1：這種情況估計(jì)的OFDM符號的起始位置與精確位置一致。情形2：這種情況下，估計(jì)的起始位置比精確的起始位置略早，但在信道沖激響應(yīng)之后。8.2.1符號定時同步情形3：這種情況下，估計(jì)的起始位置比精確的起始位置比情形2早更多，在信道的沖激響應(yīng)中。情形4：這種情況估計(jì)的起始位置比精確的起始位置落后一點(diǎn)點(diǎn)。在這種情形下，在FFT時間間隔內(nèi)的信號，包含當(dāng)前的OFDM符號的一部分以及下一個OFDM符號的一部分。8.2.2樣值定時同步樣值同步指的是接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的采樣時鐘頻率保持一致。采樣相位偏移示意圖

樣值同步分為采樣頻率偏移和采樣相位偏移兩部分，這兩種偏移導(dǎo)致的結(jié)果是不同的。相位偏移的影響與符號定時偏移類似，它反映在接收端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換還原的一個離散樣值的起始位置，因此，也稱樣值定時同步。8.2.3樣值頻率同步當(dāng)發(fā)送端采樣頻率與接收端采樣頻率不一致時會產(chǎn)生樣值頻率不同步或采樣頻率偏移。采樣間隔偏差當(dāng)采樣頻率不同步時，累積效果會導(dǎo)致樣值的增加或減小。8.2.4載波同步載波頻率偏差

頻率偏移是由收發(fā)設(shè)備的本地載頻之間的偏差以及無線信道的多普勒頻移等因素造成的，頻率偏移的構(gòu)成包括子載波間隔的整數(shù)倍偏移和子載波間隔的小數(shù)倍偏移兩部分。子載波間隔的整數(shù)倍偏移不會引起載波間干擾（ICI），抽樣點(diǎn)仍在頂點(diǎn)，但子載波位置產(chǎn)生了偏移，解調(diào)出來的信息符號錯誤概率為50%。子載波間隔的小數(shù)倍偏移會造成抽樣點(diǎn)不再在頂點(diǎn)，如圖所示，這會破壞子載波之間的正交性，由此引起ICI。8.3同步誤差對OFDM系統(tǒng)性能的影響符號說明：為發(fā)送符號的抽樣間隔；為OFDM符號的持續(xù)時間；G為所加循環(huán)前綴的樣值符號數(shù)，一般應(yīng)不少于信道多徑時延擴(kuò)散的符號數(shù)；

：載波頻率：載波相位

：符號定時偏差；：樣值定時偏差；（1）

假設(shè)樣值定時和符號定時都已定準(zhǔn)，考慮存在載波頻率偏差和抽樣間隔偏差的情況。接收端乘法器輸出信號：采樣后得到數(shù)據(jù)流進(jìn)行傅里葉變換（OFDM解調(diào)）：其中（2）

考慮存在定時偏差時的情況，樣值定時偏差和符號定時偏差。循環(huán)前綴最佳樣值定時最佳符號定時第一個OFDM符號的樣值定時N點(diǎn)最佳定時FFT窗第一個OFDM符號定時N點(diǎn)FFT窗（偏差）最佳定時時刻以及定時偏差圖示①存在樣值定時偏差時，就相當(dāng)于對接收信號在時刻進(jìn)行采樣，得到進(jìn)行傅里葉變換后②存在符號定時偏差時，就相當(dāng)于從循環(huán)前綴的后面

個樣值開始的N個樣值進(jìn)行FFT運(yùn)算，即顯而易見，符號定時偏差只是引起了相位的旋轉(zhuǎn)，而不會破壞正交性。

綜合上述①和②兩種情況，我們得到FFT解調(diào)信號此式即為綜合考慮載波同步偏差、樣值同步偏差以及符號同步偏差時接收端FFT解調(diào)后的輸出信號。為了便于分析，考慮到各種不同偏差之間的乘積項(xiàng)很小，將其忽略后上市變?yōu)榉纸馍鲜降玫?/p>

(1)其中表示其他子信道符號對期望符號的干擾。式(1)的第1項(xiàng)即為所期望得到的數(shù)據(jù)符號項(xiàng)，第2項(xiàng)是其他子載波上傳輸?shù)姆査鸬钠谕柕挠绊憽＿@充分表明由于沒有完全同步而帶來了信道間干ICI，因此，F(xiàn)FT輸出端的信噪比SNR發(fā)生了變化。假設(shè)發(fā)送符號等能量

隨機(jī)變量可分解為FFT輸出端的信噪比SNR為(2)由式（1）和式（2）可見，只有當(dāng)

、、會等于0，此時才不會存在ICI,且有

且，即系統(tǒng)完全同步時，

式（1）右邊的第2項(xiàng)才即只有這種情況下才沒有性能損失，此時的輸出信噪比為。

定義信噪比損失：？分析：1.2.從式（1）和式（2）也可以看到，當(dāng)和時，、和為何值，均有

不論（也有），

換句話說，載波相位偏差、樣值定時偏差和符號定時偏差對系統(tǒng)性能的影響基本是一致的，只引起接收信號相