基于單訓練符號的OFDM聯(lián)合同步新算法

0引言

正交頻分復用(OFDM)是一種多載波調(diào)制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流通過串并變換后，變換成N路低速率的并行數(shù)據(jù)流，然后將這N路數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到N個相互正交的子載波上并行傳輸?shù)募夹g(shù)。由于OFDM具有抗多徑衰落和頻率選擇性衰落的能力，同時又能提高系統(tǒng)的頻譜利用率等，因此OFDM系統(tǒng)特別適用于多徑無線信道環(huán)境下高速率數(shù)據(jù)的傳輸。但是與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對同步的要求更加嚴格，對同步誤差更為敏感，如果同步不準確，會直接影響到子載波間的正交性，造成子載波間干擾(ICI)和符號間干擾(ISI)，嚴重影響OFDM系統(tǒng)的性能。OFDM的同步算法一直是學者們研究的熱點，本文通過對經(jīng)典的SchmidlCox時頻聯(lián)合同步算法進行研究，提出了一種改進算法，即基于單訓練符號的OFDM聯(lián)合同步算法。通過軟件仿真，得出新的聯(lián)合同步算法具有更好的同步精度的結(jié)論。

1 SchmidlCox時頻聯(lián)合同步算法

Schmidl及Cox提出了一種基于訓練符號的時頻聯(lián)合同步算法，在這種同步算法中，訓練序列選取兩個OFDM符號，第一個符號用于符號定時同步以及小數(shù)倍頻偏的估計；第二個符號用于整數(shù)倍頻偏的估計。圖1顯示的是SchmidlCox算法的訓練序列結(jié)構(gòu)示意圖。



圖1中，訓練序列第一個符號在時域中由前后相同的兩部分組成，第二個訓練符號偶數(shù)倍子載波上面調(diào)制的數(shù)據(jù)與第一個符號的相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)具有一種差分關(guān)系，整數(shù)倍頻偏的估計正是利用這種關(guān)系來完成的。

由于訓練序列中第一個符號的前半部分和后半部分完全相同，所以載波頻率偏差對信號造成的影響只是相位偏轉(zhuǎn)。如果前半部分的數(shù)據(jù)取共軛后，與后半部分的數(shù)據(jù)對應(yīng)(間隔T／2)相乘，信道的影響就可以消除了，只會存在φ=πT△f的相位差。在訓練符號的起始部分，每一對對應(yīng)的數(shù)據(jù)相乘，都會近似存在這個相位，所以求和后這種相位差會累積起來，達到較大的幅度。

SchmidlCox算法使用的定時函數(shù)可以表示為：



由于M(d)的輸出中存在一個“平臺”區(qū)域，而且這個區(qū)域并不精確，因此定時函數(shù)的相關(guān)峰分布在某個區(qū)域范圍內(nèi)。圖2給出了高斯信道下M(d)的輸出波形。其中，SNR=15 dB，信息數(shù)據(jù)為4個OFDM符號，每個OFDM符號長度為1 024，循環(huán)前綴長度為128，訓練序列插入位置位于信息序列的正中間?？梢姡柧毿蛄袇^(qū)域M(d)的輸出幅度明顯高于其他信息數(shù)據(jù)區(qū)域，符號定時的完成正是利用了這一特點。

2時頻聯(lián)合新算法

訓練符號的結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到算法的性能，在SchmidlCox算法訓練序列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對其進行一定修改，新的訓練符號結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖4顯示了這種改造的具體過程。