OFDM移動(dòng)通信技術(shù)(4)同步

第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時(shí)同步4-4OFDM頻率同步當(dāng)前1頁，總共59頁。1數(shù)字通信系統(tǒng)同步載波同步頻率同步頻率-相位同步定時(shí)同步符號(hào)同步數(shù)據(jù)塊同步當(dāng)前2頁，總共59頁。2插入導(dǎo)頻法直接法鎖相環(huán)（PLL）頻率同步當(dāng)前3頁，總共59頁。3定時(shí)插入導(dǎo)頻法直接法濾波法數(shù)字鎖相法……同步當(dāng)前4頁，總共59頁。4載波同步符號(hào)同步采樣同步OFDM系統(tǒng)當(dāng)前5頁，總共59頁。5數(shù)學(xué)模型載波同步——接收端本地振蕩器頻率與發(fā)送載波一致符號(hào)同步——積分區(qū)間起止時(shí)刻一致/IFFT和FFT窗口位置一致采樣同步——接收端A/D和發(fā)送端D/A時(shí)鐘頻率一致OFDM系統(tǒng)當(dāng)前6頁，總共59頁。6OFDM同步vs單載波同步頻率同步OFDM：（符號(hào)調(diào)制多用PSK或QAM）必須相干解調(diào)OFDM：（是多個(gè)單載波信號(hào)疊加）不能用PLL技術(shù)符號(hào)同步和采樣同步單載波：每符號(hào)一次采樣（采樣時(shí)鐘頻率等于符號(hào)頻率）OFDM：每符號(hào)多次采樣（采樣時(shí)鐘頻率正比于符號(hào)頻率）OFDM：（是多個(gè)單載波信號(hào)疊加）不能用“眼圖”確定采樣時(shí)刻當(dāng)前7頁，總共59頁。7第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差當(dāng)前8頁，總共59頁。8OFDM頻率同步當(dāng)前9頁，總共59頁。9OFDM頻率同步造成CFO的原因（發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）振蕩器不穩(wěn)定長期穩(wěn)定度——有源器件和電路元件的老化特性短期穩(wěn)定度——環(huán)境溫度、電源電壓變化、電路參數(shù)不穩(wěn)定瞬時(shí)穩(wěn)定度——有源器件和電路內(nèi)部噪聲信道多普勒頻移偏差（CarrierFrequencyOffset）當(dāng)前10頁，總共59頁。10分?jǐn)?shù)頻偏CFO為子載波間隔的分（小）數(shù)倍有用信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)和幅度衰減導(dǎo)致ICI當(dāng)前11頁，總共59頁。11整數(shù)頻偏CFO為子載波間隔的整數(shù)倍信號(hào)在頻域平移，嚴(yán)重的解調(diào)錯(cuò)誤（誤碼率50%）無ICI當(dāng)前12頁，總共59頁。12頻偏敏感程度SCOFDM（相對(duì)）頻偏性能損失當(dāng)前13頁，總共59頁。13第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差定時(shí)同步偏差當(dāng)前14頁，總共59頁。14OFDM定時(shí)同步當(dāng)前15頁，總共59頁。15OFDM定時(shí)同步有保護(hù)間隔無保護(hù)間隔偏差當(dāng)前16頁，總共59頁。16OFDM定時(shí)同步偏差定時(shí)偏差小于CP長度定時(shí)提前子載波相位旋轉(zhuǎn)減小OFDM對(duì)多徑延遲的容忍能力定時(shí)滯后子載波相位旋轉(zhuǎn)本符號(hào)各子載波之間正交性被破壞，引起ICI受到后一個(gè)符號(hào)的干擾（IBI）的影響當(dāng)前17頁，總共59頁。17OFDM定時(shí)同步偏差定時(shí)偏差大于CP長度定時(shí)提前子載波相位旋轉(zhuǎn)ICI受到前一個(gè)符號(hào)的干擾（IBI）定時(shí)滯后子載波相位旋轉(zhuǎn)ICI受到后一個(gè)符號(hào)的干擾（IBI）的影響當(dāng)前18頁，總共59頁。18多徑傳播最佳定時(shí)——并不總是第1條路徑最好減小OFDM對(duì)定時(shí)偏差的容錯(cuò)能力對(duì)OFDM定時(shí)同步的影響當(dāng)前19頁，總共59頁。19第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差頻率同步偏差定時(shí)同步偏差采樣同步偏差當(dāng)前20頁，總共59頁。20OFDM采樣同步偏差采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣間隔偏小→采樣間隔偏大當(dāng)前21頁，總共59頁。21OFDM采樣同步偏差FFT窗口尺寸偏差采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣間隔偏小→采樣間隔偏大的影響→積分區(qū)間縮短→積分區(qū)間伸長→

ICI當(dāng)前22頁，總共59頁。22FFT窗口漂移采樣頻率偏大采樣頻率偏小OFDM采樣同步偏差的影響→定時(shí)逐漸提前→定時(shí)逐漸滯后+ISI+ICI→相位誤差當(dāng)前23頁，總共59頁。23OFDM采樣同步的方法采樣頻率偏大采樣頻率偏小→采樣點(diǎn)數(shù)多→采樣點(diǎn)數(shù)少當(dāng)前24頁，總共59頁。24第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時(shí)同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測(cè)當(dāng)前25頁，總共59頁。25連續(xù)傳輸系統(tǒng)例數(shù)字廣播系統(tǒng)（DAB、DVB）電路交換蜂窩系統(tǒng)特點(diǎn)連續(xù)、規(guī)則的數(shù)據(jù)格式通常允許較長捕獲時(shí)間通常允許通過平均多次估計(jì)值逐步改善估計(jì)準(zhǔn)確度當(dāng)前26頁，總共59頁。26在幀頭安排特殊碼組特殊的例子（DVB）T：幀的第一個(gè)符號(hào)為空符號(hào)R：監(jiān)測(cè)接收信號(hào)能量幀同步當(dāng)前27頁，總共59頁。27分組傳輸系統(tǒng)例無線局域網(wǎng)WLAN（IEEE802.11a）特點(diǎn)隨機(jī)接入高速數(shù)據(jù)當(dāng)前28頁，總共59頁。28分組檢測(cè)多-快-好-省精心設(shè)計(jì)引導(dǎo)符號(hào)精心設(shè)計(jì)檢測(cè)算法（實(shí)現(xiàn)各種同步-捕獲時(shí)間短-精度高-開銷低）當(dāng)前29頁，總共59頁。29滑動(dòng)窗口法原理窗口接收的能量優(yōu)點(diǎn)與信息內(nèi)容無關(guān)復(fù)雜度小、捕獲快遞歸簡化算法缺點(diǎn)閾值設(shè)置噪聲功率同頻干擾傳播損耗nn+1當(dāng)前30頁，總共59頁。30雙滑動(dòng)窗口法原理兩個(gè)（連續(xù)、相對(duì)靜止的）滑動(dòng)窗口兩個(gè)窗口的接收能量的比值優(yōu)點(diǎn)與信息內(nèi)容無關(guān)、遞歸簡化算法、復(fù)雜度小、捕獲快比值獨(dú)立于接收信號(hào)的功率n當(dāng)前31頁，總共59頁。31第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時(shí)同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測(cè)4-3-2符號(hào)定時(shí)同步當(dāng)前32頁，總共59頁。32OFDM符號(hào)同步定時(shí)偏移估計(jì)數(shù)據(jù)輔助非數(shù)據(jù)輔助Pre-FFT時(shí)域定時(shí)估計(jì)Post-FFT頻域定時(shí)估計(jì)定時(shí)偏移校正TR當(dāng)前33頁，總共59頁。33OFDM信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輔助（Data-Aided，DA）訓(xùn)練符號(hào)（TrainingSymbol/Sequence）導(dǎo)頻（PilotSubcarrier/Tone）疊加訓(xùn)練符號(hào)/導(dǎo)頻（SuperimposedTS/Pilot）非數(shù)據(jù)輔助（Non-Data-Aided，NDA）基于CP基于空載波盲估計(jì)當(dāng)前34頁，總共59頁。34第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時(shí)同步4-3-1數(shù)據(jù)塊同步：幀同步和分組檢測(cè)4-3-2符號(hào)定時(shí)同步4-3-3幾種定時(shí)同步方案當(dāng)前35頁，總共59頁。35一種基于訓(xùn)練符號(hào)的定時(shí)估計(jì)（Schmidl&Cox，1997）d當(dāng)前36頁，總共59頁。36訓(xùn)練符號(hào)：在相間的半數(shù)子載波上安排一個(gè)訓(xùn)練序列優(yōu)點(diǎn)測(cè)度與載波頻率偏移無關(guān)測(cè)度對(duì)信道衰落不敏感訓(xùn)練符號(hào)設(shè)計(jì)巧妙缺點(diǎn)定時(shí)測(cè)度存在平臺(tái)效應(yīng)一種基于訓(xùn)練符號(hào)的定時(shí)估計(jì)當(dāng)前37頁，總共59頁。37一種基于PN序列的定時(shí)估計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)（依賴于具體PN序列）精度高抗多徑能力缺點(diǎn)復(fù)雜度較高要求在定時(shí)同步之前已準(zhǔn)確補(bǔ)償CFO當(dāng)前38頁，總共59頁。38一種基于PN序列的定時(shí)跟蹤方案原理PN序列擴(kuò)頻信號(hào)疊加在OFDM信號(hào)上（PN序列擴(kuò)頻信號(hào)長度是OFDM符號(hào)的整數(shù)倍）優(yōu)點(diǎn)不額外使用帶寬（長PN序列）估計(jì)準(zhǔn)確度可以很高當(dāng)前39頁，總共59頁。39基于CP的定時(shí)同步原理CP與數(shù)據(jù)最后部分完全一樣優(yōu)點(diǎn)高頻譜效率復(fù)雜度低缺點(diǎn)精度不高取得高精度需要多個(gè)符號(hào)在多徑信道中性能惡化當(dāng)前40頁，總共59頁。40一種基于CP的定時(shí)同步方案當(dāng)前41頁，總共59頁。41一種基于類CP訓(xùn)練序列的定時(shí)同步方案同一信號(hào)的多個(gè)復(fù)制以規(guī)律間隔出現(xiàn)當(dāng)前42頁，總共59頁。42性能M=2，同基于CP方法M>2，小信噪比的估計(jì)準(zhǔn)確度有明顯改善代價(jià)訓(xùn)練序列的冗余觀察時(shí)間增加信噪比估計(jì)方差當(dāng)前43頁，總共59頁。43一種基于空載波的定時(shí)同步方案空載波（nullsubcarrier）

當(dāng)前44頁，總共59頁。44第四章OFDM系統(tǒng)同步4-1OFDM同步4-2OFDM同步偏差4-3OFDM定時(shí)同步4-4OFDM頻率同步當(dāng)前45頁，總共59頁。45OFDM頻率同步頻率偏移估計(jì)數(shù)據(jù)輔助（DA）非數(shù)據(jù)輔助（NDA）Pre-FFT時(shí)域頻偏估計(jì)Post-FFT頻域頻偏估計(jì)頻率偏移校正TR當(dāng)前46頁，總共59頁。46基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994系統(tǒng)模型一種常用子載波安排k∈[-K,K]N≥2K+1當(dāng)前47頁，總共59頁。47基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994系統(tǒng)模型一種常用子載波安排例：IEEE802.11a當(dāng)前48頁，總共59頁。48基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994信道模型離散時(shí)間信道模型當(dāng)前49頁，總共59頁。49基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994信道模型離散時(shí)間信道模型等效頻域信道模型當(dāng)前50頁，總共59頁。50基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994訓(xùn)練符號(hào)當(dāng)前51頁，總共59頁。51基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994頻偏估計(jì)計(jì)算當(dāng)前52頁，總共59頁。52基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

①P.H.Moose，1994性能準(zhǔn)確估計(jì)（捕獲）范圍0.5f隨著符號(hào)變短，估計(jì)性能變壞符號(hào)周期減小程度受多徑限制相對(duì)頻偏估計(jì)值Es/No估計(jì)偏差（解決：更短訓(xùn)練符號(hào)）當(dāng)前53頁，總共59頁。53基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f頻偏估計(jì)當(dāng)前54頁，總共59頁。54基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f分?jǐn)?shù)頻偏估計(jì)當(dāng)前55頁，總共59頁。55基于重復(fù)訓(xùn)練符號(hào)的頻偏估計(jì)

②SchmidlandCox，1997捕獲范圍f分?jǐn)?shù)頻偏估計(jì)