无线通信中的OFDM技术及同步问题研究

王中杰

【摘要】 0FDM技术及其同步技术在无线通信中是非常关键的问题。本文以无线通信为研究对象，着重分析和探究了OFDM技术及同步问题。首先对OFDM技术概述以及其技术基础进行了研究和阐述，其次，分析从OFDM系统同步模型以及OFDM同步算法这两个方面对OFDM系统中的同步技术进行了分析和探究。希望能够通过本文对于OFDM技术及同步问题的研究，能够为无线通信技术的发展提供一定帮助作用。

【关键字】 无线通信 OFDM技术 同步技术

引言：目前，OFDM技术是无线通信领域的关键技术以及最具潜力技术之一。与其他无线传输技术相比，它具备自己独特的优势，适用于高速无线传输系统，目前已经在HDTV、无线宽带接入、无线局域网以及DVB等系统中得到广泛应用。因此，加大对无线通信中OFDM技术的研究和分析将具有十分重要的现实意义。

一、OFDM技术概述及技术基础分析

1.1OFDM技术概述

OFDM，即正交频分复用技术，具有较高的频谱利用率，能够实现更多数据的传输，属于一种多载波调制技术。在无线通信中，作为一种特殊的多载波通信技术，OFDM技术的子载波间是相互正交的，各子载波信号通过叠加之后再进行符号的输出，且可通过QAM或者PSK的调制方式来进行每个子载波信号的调制。FDM是传统的频分复用技术，其采用的也是传统的多载波调制技术。而OFDM技术则是采用新的多载波调制方。与FDM技术相比，OFDM技术能够在相同的频带宽度上进行更多数据的传输，实现频带利用率的提升。

1.2 OFDM技术基础

OFDM采用的是一种多载波调制方式，基本的技术基础就是通过串并的方式将高速率的信源信息流变换成低速率并行数据流，进而在相互正交的子载波上将这种数据流进行调制，再累积相加这些调制信号，最后发射信号。

基于时域的角度来看，OFDM在传输多个符号时，采用并行方式能够增加码元的持续时间，从而能够实现对时间弥散性最大程度的减弱，而这种弥散性是由无线信道的多径时延扩展产生。同时，OFDM技术将循环前缀插入符号之间，不仅能够有效避免由于多径效应而产生的符号之间的干扰，而且还能够对子载波间正交性的影响实现有效控制，这种正交性是由于多径信道环境中因保护间隔的插入而产生的，而OFDM技术能够有效避免这种影响。

基于频域的角度来看，OFDM技术具有多个正交子信道，且采用并行传输正交子载波的方式，也就是整个分配信道被多个较窄的正交子带和所占据。虽然总的信道具备频率选择性，但是每个子信道具有一定的平坦性，且与信道相关带宽相比，信号带宽较小，这样技术就能够实现在每个信道上进行窄带传输，能够有效克服信道的频率选择性衰落。另外，OFDM技术中子载波之间是相互正交的，这就可以通过一定的带宽，实现系统容量的有效提高。

二、OFDM技术的同步问题分析

2.1 OFDM 同步模型分析

同步技术在无线通信领域中是非常关键的技术，其在OFDM系统中同样重要。下图为OFDM系统同步模型图：

如上图所示，OFDM系统对于其信号的处理过程分为三个同步问题：第一，符号定时同步（FFT窗口准确位置的符号）；第二，样值同步（数模与模数转换时的时钟采样值）；第三，信道载波频率同步（发射端和接收端的载波频率）。同时OFDM系统同步模型也对每个同步在系统中的位置进行了表示。

2.2 OFDM 同步算法分析

1、非数据辅助算法

从信号的发送一直到其接收，在整个过程中，非数据辅助算法指的是这一过程不使用任何辅助符号而进行同步。这种算法通常是对自身循环前缀的使用来进行定时同步的。由于循环前缀在OFDM系统中的加入，使得前后数据都与其符号有了关系，这样就可以利用关系进行定时同步。如果处理理想的信道环境下，非数据辅助算法的性能非常好，但是如果处于多径衰落信道下，这种算法就不能克服ISI的影响，其性能的发挥也很差。

2、数据辅助算法分析

数据辅助算法是在OFDM符号中插入同步的训练符号序列，其插入的位置一般是在一个或者一段 OFDM 符号的前面。加入训练符号序列之后虽然会降低传输速率，但是却能完成信道估计和同步估计。因此数据辅助算法能够针对不同的业务需求，来选择不同的训练符号。与非数据辅助算法相比，数据辅助算法能够实现多径衰落信道中的较好的估计性能，因此其对于无线通信系统而言，更加适合。

3、训练序列同步算法

发送信号的训练符号在OFDM中是重复的，而且符号经受了相同的频率偏移，这就使得相位差产生，即一个可以通过计算得到的相位差。训练序列同步算法的下一步计算可以根据得到的相位差来进行频偏估计。通过对重复发送的训练符号数据块进行捕获和处理，接收端就能够得到频率偏移估计并同时获得符号定时估计。

三、结束语

随着科技的发展，时代的进步，无线通信逐渐由早期用于传输语音数据的功能扩展到各个领域。现在智能移动电话已经在移动通信中得到了广泛应用，并且随着用户要求的不断提高，无线通信在数据传输速度方面的发展也越来越快。通过本文对无线通信中OFDM技术以及同步问题的分析和研究，希望能够为促进无线通信行业的发展起到一定积极作用。

参 考 文 献

[1]石钧.OFD无线通信系统信道估计及自适应算法的研究[J].北京邮电大学，2012-04-20

[2]姚志强；罗荆；丁跃华；裴廷睿.分布式MIMO-OFDM系统帧同步性能分析[J].电子学报，2013-10