第13讲-OFDM系统的频偏与时偏
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MIMO-OFDM系统原理及其关键技术 未来的宽带无线通信系统,将在高稳定性和高数据传输速率的前提下,满足从语音到多媒体的多种综合业务需求。而要在有限的频谱资源上实现综合业务内容的快速传输,需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源,利用多个天线实现多发多收,在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下,可以成倍地提高信道容量。OFDM(正交频分复用)技术是多载波窄带传输的一种,其子载波之间相互正交,可以高效地利用频谱资源。二者的有效结合可以克服多径效应和频率选择性衰落带来的不良影响,实现信号传输的高度可靠性,还可以增加系统容量,提高频谱利用率,是第四代移动通信的热点技术。 OFDM技术原理及实现 无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成多个正交子信道,然后将高速数据信号转换成多个并行的低速子数据流,调制到每个信道的子载波上进行窄带传输。 每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道可以看成平坦性衰落,从而可以消除信道波形间的干扰。由于OFDM是一种多载波调制技术,OFDM系统采用正交方法来区分不同子载波,子载波间的频谱可以相互重叠,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又极大地提高了频谱利用率。如图1可见OFDM的正交性。
图1 OFDM信号频谱 由于OFDM系统中有大量载波,所以在实际应用中不可能像传统的处理方法一样,使用几十个甚至几百个振荡器和锁相环进行相干解调。因此,Weinstein提出了一种用离散傅里叶变换实现OFDM的方法。
设OFDM信号发射周期为[0,T],在一个周期内传输的N个符号为(D0,D1,…,DN-1)。第k个符号Dk调制第k个载波fk,所以合成的OFDM信号为: 由式⑤可见,以fs对C(t)采样所得的N个样值(C0,C1,…,CN-1)刚好为(D0,D1,…,DN-1)的N点反向离散傅里叶变换(IDFT)。因此OFDM系统可以这样实现:在发射端,先由(D0,D1,…,DN-1)的IDFT求得(C0,C1,…,CN-1),再经过低通滤波器即得所需的OFDM信号C(t);在接收端,先对C(t)采样得到(C0,C1,…,CN-1),再对(C0,C1,…,CN-1)求DFT,即得(D0,D1,…,DN-1)。
第4卷第6期信息与电子工程 Vo1.4,No.6,2006 2006年12月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec.文章编号:1672-2892 (2006)06-0431-05李平,赵志辉,张振仁采样时钟偏差对OFDM系统性能的影响(第二炮兵工程学院,陕西西安710025)摘要:针对采样时钟同步偏差对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的影响,建立了数学模型,分别就采样定时偏差和采样频率偏差的影响进行详细分析;经过仿真,从星座图、误码率(Bit-Error-Rate,BER)及信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)损失等角度对采样频率偏差的影响做了揭示和验证。
结果表明,采样频率偏差会引起信号幅度衰减和子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI),导致系统信噪比性能下降;这种影响与子载波位置有关,还会随着OFDM符号数的增多而加剧。
关键词:采样频率偏差;采样定时偏差;载波间干扰;OFDM中图分类号:TN911.72 文献标识码:AEffect of Sampling Clock Offsets on the Performance of OFDM SystemLI Ping,ZHAO Zhi-hui,ZHANG Zhen-ren(The Second Artillery Engineering Institute,Xi' an Shaanxi 710025,China) Abstract:This paper presents the effect of sampling clock offsets on the performance of OFDM system. Thesample timing error and sampling frequency offset are analyzed respectively in detail by the digital model. Inthe simulation, constellation, Bit-Error-Rate (BER) and Signal-to-Noise Ratio (SNR) performance degradationare analyzed taking into account the effect of sampling frequency offset. It is shown that sampling frequencyoffset can lead to amplitude attenuation and Inter-Carrier Interference (ICI) due to the loss of orthogonalitybetween the subcarriers. The SNR performance degrades with the increment of subcarriers indices and thenumber of OFDM symbols.Key words:sampling frequency offset;sample timing error;Inter-Carrier Interference (ICI);OFDM1 引言同步处理技术在通信系统中占据非常重要的地位,是信息可靠传输的前提。
ofdm时域采样和频谱的关系OFDM(正交频分复用)是一种多载波调制技术,将数据流分成多个低速子载波,然后对每个子载波进行高速调制,最后将调制后的子载波合并成一个高速数据流。
OFDM的时域采样与频谱之间有着密切的关系,下面将从OFDM系统的子载波间距、子载波个数、采样定理等几个方面进行阐述。
首先,OFDM系统中子载波间距对时域采样和频谱有着重要的影响。
子载波间距越小,即每个子载波的频率越相近,OFDM信号的时域波形将越长。
这是因为时域中的波形的长度取决于频率间距的倒数,即如果频率间距较小,则时域信号的周期较长。
而频谱的宽度则与子载波间距成反比关系,即子载波间距越小,频谱的宽度越宽。
因此,在设计OFDM系统时,需要在合适的子载波间距和频偏范围内进行权衡。
其次,OFDM系统中子载波个数对时域采样和频谱也有着明显的影响。
子载波个数越多,时域波形将越短。
这是因为时域波形的长度取决于每个子载波的周期,而子载波个数越多,每个子载波的周期越短,从而时域波形的长度越短。
而频谱的宽度则与子载波个数成正比关系,即子载波个数越多,频谱的宽度越宽。
在实际系统中,通常会选择合适的子载波个数和子载波间距来满足系统的要求。
此外,OFDM系统中的采样频率应满足采样定理,即采样频率要大于信号的最高频率的两倍。
在OFDM系统中,由于每个子载波的频率均为整数倍的基带频率,因此当基带频率确定后,采样频率也随之确定。
采样频率的设置直接影响到时域采样和频谱的正确恢复。
如果采样频率不满足采样定理,会导致采样的时域波形与原始信号之间存在混叠效应,从而导致频谱失真。
综上所述,OFDM的时域采样和频谱之间有密切的关系。
子载波间距和子载波个数的选择直接影响到时域波形的形状和频谱的宽度;而采样频率的设置则关系到时域采样和频谱恢复的准确性。
因此,在设计和实现OFDM系统时,需要综合考虑这些因素,以满足系统的要求,实现高效的传输和性能优化。
OFDM中的频偏估计的开题报告题目: 基于OFDM的频偏估计算法研究一、研究背景随着移动通信技术的不断发展和普及,OFDM技术已经成为了多种通信系统的核心技术。
同时,由于多种因素的影响,如低质量的晶振、信号的多次反射等,导致通信信号中经常存在频率偏移,因此对OFDM技术中的频偏估计算法进行研究,具有非常重要的现实意义。
二、研究内容1.频偏估计算法原理研究OFDM技术中频偏估计算方法主要有最大似然算法、LS算法、LMS算法等,需要对各种算法进行原理性研究,分析其适应范围和优缺点。
2.系统设计和实现基于研究中得出的算法理论,设计并实现一个OFDM系统,包括系统接收端和发射端的设计。
3.仿真设计和数据分析使用MATLAB等仿真工具对设计好的OFDM系统进行仿真,对系统的接收性能进行数据分析,分析系统的性能表现和其它性能因素,从而改进和优化算法。
三、研究意义1.提高OFDM系统频偏估计准确率和鲁棒性。
2.深入研究OFDM技术和频偏估计算法的理论和实践,填补该方面的研究空白。
3.具有一定的指导意义,为相关领域的科学家和研究人员提供参考。
四、研究难点1.OFDM技术中频偏估计算法的复杂性较高,算法的实现需要考虑多种因素,对算法本身的理解和应用程度要求较高。
2.系统实现和仿真设计要考虑到通信系统的各种因素的影响,对设计者自身的经验水平要求较高。
3.尽管OFDM技术已经成熟,但对于RF电路和DSP算法的熟练掌握也是必不可少的。
五、研究方法和步骤1.主要采用文献综述和理论分析的方法,对OFDM技术和频偏估计算法进行研究。
2.自主设计OFDM系统,开发实验平台,进行实践性研究。
3.将仿真结果与实际测试结果进行比对分析,从而改进和完善算法。
六、研究成果1.发表高水平学术论文。
2.制定相关设计指南,为后续研究提供参考。
3.提高OFDM通信系统的可靠性和稳定性。
4.对通信行业的发展提供理论指导和技术支持。
七、预期目标1.研究出一种准确性和鲁棒性优秀的频偏估计算法。
ofdm同步跟踪阶段的频偏估计算法
OFDM同步跟踪阶段的频偏估计算法一般有:
(1)利用帧同步序列的频偏估计:主要是利用有特殊结构的帧同步序列(FSS)来进行频偏估计,主要是利用相关函数性质对失真受干扰的帧同步序列进行频偏估计。
(2)调制序列的频偏估计:主要是利用OFDM系统中调制序列(如BPSK、QPSK、16QAM等)及其扩频过程中产生的矩形波形,使用梅尔频谱分析和快速傅里叶变换等方法进行频偏估计。
(3)基于OFDM符号结构的相关分析法:此方法利用OFDM符号的结构特性来实现,利用调制子载波的相关性去估计无失真干扰的OFDM符号的频偏。
(4)基于统计理论的频偏估计法:利用OFDM帧内的调制信号的均值和方差来估计频偏。
该方法具有容错性,能够在较大信噪比下取得较好的性能。