OFDM符号同步技术以及总体电路设计

可修改可编辑信息工程大学毕业设计论文OFDM符号同步技术研究姓名：李明申请学位级别：工学学士专业：通信系统院系：理学院一旅二队学号：3582004035指导教师：汪涛摘要随着多媒体和Internet在无线领域应用的迅猛发展，人们对高速移动通信的要求也越来越高。

由于无线信道存在时延扩展，高速信息流的符号宽度又相对较窄，所以会存在较严重的ISI。

这对单载波TDMA系统来说，对均衡器提出了非常高的要求，导致均衡算法的复杂度大大增加。

对于窄带CDMA系统，其主要表现在扩频增益和高速数据流之间的矛盾。

而OFDM作为一种解决ISI的有效传输手段引起了人们的高度关注。

本文首先介绍了移动通信的发展概况、OFDM技术的特点和发展现状以及了OFDM的基本原理。

在此基础上重点研究了OFDM符号同步技术，分析了符号定时的重要性和符号定时偏差对OFDM系统解调性能的影响。

最后又对OFDM符号同步的一些算法进行仿真，分析了各种算法的优缺点和适用范围。

对基于训练符号的符号同步算法参考802.11a的数据帧结构进行了仿真和性能分析；对基于循环前缀和导频的符号同步算法进行了一般条件下的仿真和性能分析。

基于训练符号的算法能实现快速的同步，同步的精度基本可以满足突发分组的需要。

基于循环前缀的算法只能实现系统的粗同步，而且速度较慢，需要的符号数量较多；基于导频的算法则能够对粗同步的结果进行纠正，提高同步的精度，两者结合可以实现系统的精同步。

关键词：OFDM；符号同步；循环前缀；训练符号；导频英文摘要AbstractResearch on Synchronization Algorithms of Frame（Symbol） in OFDM SystemAlong with the multimedia and the Internet is applied fast fierce development in wireless coummunication, people’request of the high speed of the coummunication is more and more intensely. Because the wireless channel exist time delay, sign width of the high-speed information flow again opposite more narrow, so will exist more serious ISI. For the single carries TDMA system, put forward a very high request to the balanced machine, cause algorithms of balanced calculate way consumedly increase. For narrowband CDMA system, it mainly express is the benefit of expand frequency to the antinomy of that and high-speed data flow. But OFDM conduct and actions is a kind of solve ISI, cause people's deep concern.First, this text introduced the development situationthe of the mobile communication, characteristics and development present condition of OFDM. immediately after introduced OFDM basic principle,the modulation mode of OFDM and carry out of DFT. At this foundation did a detailed research on the OFDM key techniques-the synchronous technique of symbol. Analysed the importances and effects of the deviation in fixed time upon the OFDM system. The endsimulate various synchronization algorithms of OFDM’s frame(symbol) and analyzed their merit and shortcoming.This text simulate and analyse synchronization algorithms of OFDM’s Frame(symbol) according to trained the synchronous referenced to the data structure with 802.11a, and according to Trainning Symbol and Pilot Carrier in the general condition. The algorithms according to trained the synchronous can achive synchronization fastly and satisfy the demand of abrupt cent set. The algorithms according to Trainning Symbol only can carry out system of crassitude synchronization, but the speed be more slow, need of the sign amount be more; the algorithms according to Pilot Carrier can rectify crassitude synchronously result,improve the precision of the synchronization.both combine can realize exactitude synchronization of OFDM.Keywors:OFDM，Synchronization of symbol，CyclePrefix，Trainning Symbol，Pilot Carrier目录封面 (1)摘要 (2)英文摘要Abstract (3)目录 (4)第一章绪论 (5)1.1移动通信发展概况 (5)1.2 OFDM的优越性 (7)1.3 OFDM的关键技术 (8)1.4 OFDM的应用概况和展望 (8)1.5本文的主要研究内容和结构安排 (9)第二章OFDM的基本原理 (11)2.1 OFDM的基本调制原理 (11)2.1.1子载波调制 (13)2.1.2 DFT的实现 (15)2.2 OFDM的保护间隔、循环前缀 (16)2.3 OFDM的基本参数的选择 (17)2.4本章小结 (18)第三章OFDM的符号同步技术 (19)3.1 OFDM的符号同步原理概述 (19)3.2 OFDM的符号定时偏差对OFDM系统的影响 (20)3.3 OFDM的符号同步方法 (23)3.3.1基于循环前缀的符号粗同步方法 (23)3.3.2基于导频的符号细同步方法 (25)3.3.3基于训练符号的帧分组同步算法 (26)3.4本章小结 (28)第四章OFDM的符号同步算法仿真 (30)4.1基于训练符号的符号同步算法的matlab仿真 (30)4.2基于循环前缀的符号粗同步算法的matlab仿真 (31)4.3基于导频的符号细同步算法的matlab仿真 (34)4.4本章小结 (36)结束语 (37)参考文献 (38)谢辞 (40)第一章绪论1.1移动通信发展概况移动通信自从无线电通信发明之日就产生了。

OFDM系统符号同步的FPGA设计与实现OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统是一种常用的多载波调制技术，适用于高速数据传输和抗多径衰落的无线通信系统。

在OFDM系统中，符号同步是一项必要的关键技术，它能够将接收到的信号进行精确的时间对齐，以便进行正确定时、解调和解调的后续处理。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，广泛应用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。

利用FPGA对OFDM系统符号同步进行设计和实现能够提高系统性能，加快实时处理速度，降低功耗。

在OFDM系统中，符号同步的主要任务是估计接收到的OFDM符号开始的时间点，以便对其进行精确的采样和解调。

常用的符号同步方法有基于导频序列的方法和基于自相关函数的方法。

下面将介绍一种基于自相关函数的OFDM符号同步FPGA设计与实现。

首先，需要在FPGA中实现自相关函数的计算。

自相关函数计算的是接收到的信号与自身的延时版本之间的相似度。

可以通过乘法和加法操作来实现自相关函数的计算。

在FPGA中，可以使用乘法器和累加器来完成这些操作，以提高运算速度和效率。

其次，需要设计并实现一个符号同步算法，该算法可以通过计算自相关函数的峰值位置来估计OFDM符号开始的时间点。

常用的算法有互相关法、峰值检测法等。

选择合适的算法需要根据实际应用场景和系统需求进行优化。

接下来，需要设计和实现FPGA中的时钟同步电路。

由于OFDM系统对时钟精度要求较高，时钟同步电路可以通过PLL（Phase-Locked Loop）等方式实现，提供稳定的时钟信号给FPGA系统。

最后，需要进行仿真和验证。

通过在FPGA中对设计的符号同步模块进行仿真和验证，可以检查和调优设计的正确性和性能。

可以使用FPGA 开发套件提供的工具来完成仿真和验证工作。

在进行OFDM系统符号同步的FPGA设计与实现时1.时间与资源约束：考虑到OFDM系统的高速性和实时性要求，需要优化设计以满足时间和资源约束。

OFDM同步的系统仿真和符号同步的硬件设计的开题报告开题报告：OFDM同步的系统仿真和符号同步的硬件设计一、开题背景随着无线通信技术的不断发展和进步，OFDM（正交频分复用）技术也得到了广泛的应用。

OFDM技术具有高效、灵活、抗干扰等优点，在广泛应用于广播、通信、移动通信等领域。

OFDM同步技术是OFDM技术的核心之一，其主要目的是提高接收端信号的质量和减小干扰，从而保证数据传输的可靠性。

二、研究内容OFDM同步技术包括系统同步和符号同步两个方面。

系统同步主要是针对接收端进行频率同步、相位同步和帧同步，保证接收到的信号满足在时隙内的正交条件；符号同步主要是对接收端进行符号定位，确定每个OFDM符号的开头位置，以便接收端进行正确的解调。

本课题的研究内容主要分为两个方面：一是设计OFDM同步系统的模拟模型，对系统同步和符号同步的算法进行模拟分析，验证算法的正确性和可行性；二是设计并实现硬件系统，包括基于FPGA的符号同步硬件电路设计和接收端OFDM同步系统的实现。

三、研究方法在研究过程中，首先需要对OFDM同步技术进行深入的学习和理解，包括系统同步和符号同步的理论知识和实现方法；其次，设计OFDM同步系统的模拟模型，对系统同步和符号同步的算法进行模拟分析，验证算法的正确性和可行性；最后，设计并实现硬件系统，包括基于FPGA的符号同步硬件电路设计和接收端OFDM同步系统的实现。

四、研究目标本课题的研究目标主要包括以下三个方面：1. 设计OFDM同步系统的模拟模型，对系统同步和符号同步的算法进行模拟分析，验证算法的正确性和可行性。

2. 设计并实现硬件系统，包括基于FPGA的符号同步硬件电路设计和接收端OFDM同步系统的实现。

3. 验证所设计的OFDM同步系统的性能，包括同步的准确性、鲁棒性、抗干扰性等。

五、论文结构本课题的论文主要分为以下几个部分：第一章：绪论本章主要介绍OFDM同步技术的研究背景、意义和发展，以及本课题的研究内容、研究方法和研究目标。

OFDM通信系统中符号同步的优化设计
马杨军;胡耀明
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2009(032)004
【摘要】在研究了OFDM系统高斯信道中,不同信噪比下漏同步的情况,针对OFDM系统符号判决门限与信噪比不能自适应的问题,提出了一种基于Park算法的符号同步优化设计方案,即通过对系统添加预设信息,使系统的符号判决门限能够在不同信噪比下进行自适应选择,使系统的漏同步概率达到零.
【总页数】4页(P781-783,787)
【作者】马杨军;胡耀明
【作者单位】杭州电子科技大学,杭州,310018;中国电子科技集团公司第五十研究所,上海,200065
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.3
【相关文献】
1.一种基于多个OFDM符号的载波同步和定时同步算法及在TD-SCDMA中的应用 [J], 张荣涛;谢显中
2.OFDM低压电力线通信系统的符号同步及其FPGA实现 [J], 何世彪;王杰强;韩彦净;张青;吴红桥
3.基于S&C算法的OFDM符号同步优化设计 [J], 刘仲;马杨军
4.宽带卫星通信系统中的OFDM同步技术及应用 [J], 党玲
5.OFDM系统中符号同步与频率同步最大似然检测器的改进方案 [J], 刘斯伟;陈常嘉;陈剑峰
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宽带无线通信OFDM 系统同步技术− 74 − 在§4.3.1.1分析了最大似然估计MLE [8]、MLE+导频[14]和SCA [18]3种典型的同步算法，它们都是在时域上做符号定时粗同步的，但各自存在不足。

较本节提出的算法1和算法2，算法3的估计精确度更高。

为了进行性能上的比较，采用算法3和上述3种算法[8, 14,18]分别在AWGN 信道和瑞利多径衰落信道下进行了仿真。

仿真条件：64-QAM 映射，无载波及采样钟频率偏移，符号定时偏移为36（采样点数），该仿真遵循的是DVB-T 标准[3]。

由图4.15(a)和(b)不难看出：无论是在AWGN 还是瑞利多径衰落信道下，所提算法3的性能都良好。

在瑞利多径衰落信道中，所提算法的符号差错率的性能比通常的ML 算法高出近3个数量级。

这种时域符号定时同步估计精确度的提高，不但为后续的信道估计和均衡带来便利，而且对不采用频域反馈系统、需要快速完成同步捕获的突发分组传输系统大有裨益。

图4.15 AWGN 及瑞利多径衰落信道下算法性能比较4.3.2 频域符号定时细同步前已叙述，在多径衰落等恶劣信道条件下，在时域上做的符号定时粗同步总达不到很准确的定位，存在估计偏差，因此需要利用剩余的定时错误在频域引起子载波相位偏转这一特性，考虑在时域同步的基础上进一步利用频域上的导频信息进行符号定时细同步估计（关于符号定时细估计可参见参考文献[30-31]），以此获得更为精确的定时同步并对定时同步进行跟踪。

本节在研究利用导频做符号定时细同步算法的基础上，提出两种频域定时细同步的改进算法，仿真表明了所提算法在不同条件下具有的良好性能。

1．典型算法分析首先对具有代表性的符号定时细同步有关算法进行分析。

OFDM的同步技术研究OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种有效的多载波通信技术，广泛应用于无线通信系统中。

OFDM系统的性能受到同步技术的影响很大，因为同步技术的准确性直接影响到OFDM系统的接收效果。

因此，OFDM的同步技术的研究至关重要。

OFDM信号由多个子载波构成，每个子载波之间是正交的，这意味着子载波之间不存在干扰。

然而，在接收端，由于信道的影响，OFDM信号会存在频偏和时钟偏差，从而导致子载波之间存在相位差。

因此，OFDM系统需要通过同步技术来估计并校正相位差，以确保子载波之间的正交性。

时间同步是指接收端需要正确地检测到OFDM符号的开始位置。

OFDM符号通常由导频序列组成，因此时间同步的关键在于准确地检测导频序列。

常用的时间同步方法包括短前缀和长前缀。

短前缀方法在每个OFDM符号的前面加入了一个短的导频序列，接收端通过检测导频序列的位置进行时间同步。

长前缀方法则在每个OFDM符号的前面加入了一个长的导频序列，接收端通过匹配滤波来检测导频序列的位置。

长前缀方法相对于短前缀方法的优势在于它对多径效应更具鲁棒性。

频率同步是指接收端需要估计并校正子载波之间的频偏。

频率同步的关键在于准确地估计频率偏移量，并通过补偿的方法进行校正。

频率同步方法主要有两种：基于导频序列的频率同步和基于自相关函数的频率同步。

基于导频序列的频率同步方法使用接收到的导频序列来估计频率偏移量。

基于自相关函数的频率同步方法则使用接收到的OFDM符号自相关函数的峰值位置来估计频率偏移量。

除了时间同步和频率同步外，OFDM系统中还需要考虑相位同步。

相位同步的关键在于准确地估计并校正属于不同子载波的相位差。

常用的相位同步方法包括基于导频序列的相位同步和基于相位差的相位同步。

基于导频序列的相位同步方法使用接收到的导频序列来估计不同子载波的相位差，并通过插值的方法进行校正。

OFDM通信系统中同步方案的设计本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！第1章绪论引言早在40年前，柯林斯Kineplex提出了一种多载波传输的原理：进入的传输数据流的序列号的数据被调制到不同的载波上，用于并行传输。

[1]由常于1966年提出的，因为模拟滤波器的分离[1]，可以仅使用副载波，高复杂性的最早的想法OFDM技术，还没有被开发。

到1971年，温斯坦利用离散傅立叶变换（DFT ）来实现多载波调制解调，奠定了实际的OFDM的基础上进行。

在1980年，皮莱德提出的OFDM符号被插入循环前缀的保护间隔之间的[3]，同时消除了符号间干扰（ISI），从而使多径条件下的系统仍然是正交的。

因此，基于OFDM技术现代无线通信系统的基本架构的形成现在被广泛使用。

到20世纪90年代，随着数字信号处理（DSP）技术和超大规模逻辑集成电路（VLSI ）技术，以及开发更高速率更高的质量和更多的灵活性，以不断追求通信手段的人在世界上的研究热潮掀起的OFDM 。

在21世纪，无线通信技术正在向前推进以前所未有的速度[ 3 ] 。

随着用户需求的增加，适用于各种实时多媒体服务和互联网技术的飞速发展可以预见，移动通信技术的未来将有一个更高速率的信息传输，为用户提供更大的方便，网络结构将根本性的变化[ 4 ] 。

普遍的看法是，下一代无线通信网络将基于一个统一的IPv6报文交互，为用户提供超过100Mbps的/ s的峰值速率[ 4 ] ，并且可以支持用户在各种无线通信网络的无缝漫游的新网络。

为了支持更高的信息传输速率和较高的用户速率，下一代无线通信，必须使用一个更高的频谱效率，新的传输技术的更强的抗多径干扰[5]。

在目前的传输速率高的可以用于正交频分复用（OFDM）作为多载波调制技术的代表提供了多种无线解决方案是最有前途的解决方案之一。

【OFDM】移动通信技术同步在当今数字化、信息化飞速发展的时代，移动通信技术已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

从简单的语音通话到高清视频流，从即时通讯到物联网应用，我们对移动通信的需求不断增长和变化。

而在众多的移动通信技术中，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术因其出色的性能和特点，成为了现代通信领域的关键技术之一。

要理解 OFDM 移动通信技术同步，首先我们得知道什么是 OFDM 技术。

简单来说，OFDM 是一种多载波调制技术，它将高速的数据流分解成多个并行的低速子数据流，然后分别调制到多个相互正交的子载波上进行传输。

这样做的好处是可以有效地对抗多径衰落和频率选择性衰落，提高频谱利用率和系统的传输速率。

在 OFDM 系统中，同步是至关重要的。

同步包括符号同步、频率同步和采样时钟同步等几个方面。

符号同步是指接收端要准确地确定每个 OFDM 符号的起始位置，以便正确地进行解调和解码。

如果符号同步出现偏差，就会导致符号间干扰（ISI），从而影响系统的性能。

频率同步则是要确保发送端和接收端的载波频率保持一致。

由于多普勒频移、收发端晶体振荡器的频率偏差等因素，载波频率可能会发生偏移。

如果频率同步不准确，会造成子载波间的干扰（ICI），降低系统的可靠性。

采样时钟同步是为了保证接收端的采样时刻与发送端的发送时刻相对应。

采样时钟的偏差会导致采样值的误差，进而影响信号的恢复。

那么，如何实现 OFDM 移动通信技术的同步呢？这通常需要依靠一系列的同步算法和技术。

在符号同步方面，常见的方法有基于循环前缀的同步算法、基于训练序列的同步算法等。

循环前缀是在每个OFDM 符号前面添加的一段重复数据，通过对循环前缀的相关运算，可以估计出符号的起始位置。

训练序列则是专门设计的用于同步的已知序列，接收端通过对其进行检测和处理来实现符号同步。

对于频率同步，常见的算法有基于导频的频率估计、基于最大似然的频率估计等。