基于IEEE802.16的OFDM同步问题分析

　　摘要：在OFDM（正交频分复用）系统中，收发双方的同步是决定通信系统性能的重要指标。该文阐述了IEEE802.16中的OFDM同步问题，并对存在的偏差进行分析。对学习OFDM起到了一定的指导作用。
　　关键词：IEEE802.16；OFDM；同步
　　中图分类号：TN915文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)21-5114-02
　　IEEE802.16于1999年成立，它是当前无线通信领域的前沿技术，工作内容主要是开发宽带无线接入系统标准，解决了是高速连接的“最后一公里”问题。IEEE802.16系列标准采用了OFDM调制技术，它的基本思想是将高速的数据流分解为若干低速的子数据流，并在多个正交的子载波上并行传输，每个子载波可以看成一个单独的子信道，接收端运用分离技术将叠加的正交信号还原，从而保证了子信道间之间不受干扰影响。
　　同步技术是通信系统中的核心的实际问题，其性能关乎到整个通信系统性能的好坏。OFDM系统的数据从发送端到接收端，由于无线信道的恶劣环境以及本身系统设备的原因会引入各种各样的误差。
　　1 OFDM同步分析
　　如图1所示，发送端，串行发送的数据流S先经串/并转换变为并行数据流，进行FFT变换，再经并/串转换得到数据流Sn，插入循环前缀得到x，再进行D/A转换后得到模拟信号x(t)，调制到载波上后送到信道中进行传输。图1中发送端信号的表达式如下：
　　(1)
　　(2)
　　(3)
　　式中，设循环前缀的样值符号数为G；脉冲波形为p (t)；抽样间隔为Tc； T=NTc为符号持续时间。设符合理想抽样定理的条件，又不考虑循环前缀的影响，得近似表达式：
　　 (4)
　　接收端与发送端相反，当满足发送载波频率和相位一样的条件时，可进行相干解调，所以解决载波同步的问题是首要的；再有，在A/D转换时，要使样值定时和样值频率均达到同步；最后，解决OFDM符号定时同步的问题。所以，接收端需对哥各个参数分别进行估计，其中包括载波频率fs、载波相位Φ、抽样间隔Tc、样值定时偏差△ty以及符号定时偏差△tf，其对应的估值分别为：
　　(5)
　　其中，载波频率偏差设为△fs，载波相位偏差设为△Φ，抽样间隔偏差设为△Tc。本文只考虑AWGN信道。经过相关推导，可得FFT解调所得信号为：
　　(6)
　　其中，抽样间隔为单位归一化后的符号定时偏差为：、。当考虑到各种偏差带来的影响时，接收端FFT解调的输出信号如式6所示。
　　2 各类偏差对信噪比的影响比较
　　OFDM系统在传输过程中存在各类偏差，需要进行同步，同步类型包括OFDM载波频偏同步、符号定时同步、样值同步等。
　　图2是通过Matlab仿真获得的同步误差对OFDM信号的影响的对比图。经过分析可见， FFT适当的循环移位可对输入端载波相位偏差和定时偏差进行补偿，而且不能造成性能损失。但当OFDM符号内产生载波相位和定时偏差时，将会引起ICI，从而造成系统性能的损失。
　　（a）标准信号（b）载波频偏误差 （c）符号同步误差（d）样值同步误差
　　图2 同步偏差对OFDM信号的影响
　　3 结束语
　　同步问题直接影响到通信系统的性能。本文分析了IEEE802.16的OFDM系统中的同步问题，并分析了产生的误差对于系统的影响。对于通信系统中OFDM的学习提到一定的指导作用，同时对于OFDM的同步问题的分析起到一定的参考作用。
　　参考文献：
　　[1] WU M