基于matlabsimlink的多載波通信系統(tǒng)仿真分析

1、 PINGDINGSHANUNIVERSITY 畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 題題 目目: : 基于基于 matlab/simlinkmatlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 院系院系: : 電氣信息工程學院電氣信息工程學院 專業(yè)年級專業(yè)年級: : 電子信息工程電子信息工程 20102010 級級 姓姓 名名: : 學學 號號: : 指導教師指導教師: : 20142014 年年 4 4 月月 1313 日日 原原 創(chuàng)創(chuàng) 性性 聲聲 明明 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導老師的指導下獨立進行 研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)

2、據(jù)、 觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他 個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的 個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名： 日 期： 關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明 本人在指導老師指導下所完成的論文及相關(guān)的資料（包括圖紙、試驗記錄、 原始數(shù)據(jù)、實物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計手稿等） ，知識產(chǎn)權(quán)歸屬平頂山學院。 本人完全了解平頂山學院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保存或向 國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本 人授權(quán)平頂山學院可以

3、將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢 索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定 征得指導教師同意，且第一署名單位為平頂山學院。本人離校后使用畢業(yè)論文 或與該論文直接相關(guān)的學術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為平頂山學院。 論文作者簽名： 日 期： 指導老師簽名： 日 期： 基于matlab/simlink的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 摘要摘要 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在無線通信系統(tǒng)中可靠、高速的傳輸數(shù)據(jù)是無線 通信技術(shù)的重要目標和要求。OFDM技術(shù)能夠大幅度的提高無線通信系統(tǒng)的傳輸 速率和信道容量，并能有效地抑制干擾噪聲和抵抗多徑衰落，有著廣闊的發(fā)展 前景。SIM

4、ULINK是MATLAB軟件的擴展，它能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真，它的 模塊庫包含了許多不同功能的模塊，使得研究者可以更方便地構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、 功能清晰的仿真系統(tǒng)。 本文基于OFDM系統(tǒng)的基本原理，構(gòu)建了基于SIMULINK的OFDM多載波無線 通信系統(tǒng)的仿真平臺，完成Simulink了模塊設(shè)置，確定搭建系統(tǒng)的主要參數(shù)， 并對主要模塊的構(gòu)建方式進行了說明，并在此平臺上對OFDM的子載波信道估計 算法、同步算法、調(diào)制方式作了比較全面的仿真和性能分析。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： OFDM 抗多徑衰落 同步 信道估計 SIMULINK Simulation analysis of multi-carrier c

5、ommunication system matlab/simlink based Abstract With the development of science and technology in wireless communication systems, reliable, high-speed transmission of data is an important goal and the requirements of the wireless communications technology. OFDM technology can greatly improve the t

6、ransmission rate and the channel capacity of wireless communication systems, and can effectively suppress noise interference and resistance to multipath fading, there are broad prospects for development. SIMULINK is an extension of MATLAB software, which enables dynamic system modeling and simulatio

7、n, its modules library contains a number of different functional modules, allows researchers to more easily build a reasonable structure, function clear simulation system. Based on the basic principle of OFDM system constructed SIMULINK simulation platform based on OFDM multi-carrier wireless commun

8、ication system, the completion of the module settings Simulink to determine the main parameters of the system set up, and the main way to build described modules, and in this on the platform of the OFDM subcarrier channel estimation algorithm, synchronization algorithms, modulation made more compreh

9、ensive simulation and performance analysis. 目錄目錄 1 緒論緒論.1 11 無線通信系統(tǒng)的發(fā)展.1 12 無線信道的特征.2 121 衰減作用.2 122 時變性.2 13 多載波技術(shù).3 131 多載波技術(shù)簡介.3 14 SIMULINK 仿真工具.3 15 論文研究的目的和意義.4 2 OFDM 的基本原理和系統(tǒng)組成的基本原理和系統(tǒng)組成 .5 21 OFDM 的基本原理 .5 2.2 OFDM 的循環(huán)保護間隔 .6 23 OFDM 的系統(tǒng)組成 .7 3 信道估計對提高系統(tǒng)抗干擾能力的作用信道估計對提高系統(tǒng)抗干擾能力的作用.8 3.1 相干檢測與

10、非相干檢測.9 3.1.1 相干檢測.9 3.1.2 非相干檢測.10 3.2 信道估計算法.10 3.2.2 頻域信道估計算法.11 4 OFDM 系統(tǒng)中的同步技術(shù)系統(tǒng)中的同步技術(shù) .13 4.1 同步偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響.13 4.1.1 載波頻率偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響.14 4.1.2 符號定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響.18 4.1.3 采樣定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響.19 4.2 同步算法.20 4.2.1 載波同步算法.20 4.3.2 定時同步算法.21 4.2.3 樣值同步算法.21 5 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.22 致謝致謝.24 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)

11、設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 1 1 緒論緒論 隨著社會的發(fā)展，通信傳輸方式日新月異，從最初的有線通信到無線通信， 再到現(xiàn)在的光纖通信。通信正在朝著高質(zhì)量、個性化、全球化的方向發(fā)展。移 動通信使得人們可以隨時隨地的聯(lián)系外界、可以連上網(wǎng)絡(luò)、甚至可以進行可視 對話?，F(xiàn)代社會是離不開信息的，人類生活在信息高速公路交織的網(wǎng)絡(luò)中。 近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有了迅猛的發(fā)展，而用戶對各種多媒體業(yè)務(wù)的需求日 趨明顯，可以預(yù)見，未來的無線通信技術(shù)的傳輸速率將會大大提高，為用戶提 供更大的便利。為了支持更快的用戶移動速度和信息傳輸速率，在下一代的無 線通信中應(yīng)當采用抗多徑干擾

12、能力更強、頻譜效率更高的新型傳輸技術(shù)。目前 能提供高速率傳輸?shù)臒o線解決方案中，以正交頻分復(fù)用(OFDM)為代表的多載波 調(diào)制技術(shù)是最有前途的解決方案之一。 11 無線通信系統(tǒng)的發(fā)展無線通信系統(tǒng)的發(fā)展 如今是信息化的時代，無線通信日漸滲透到人們的日常生活中，成為世界各國最主要 的高新技術(shù)支柱產(chǎn)業(yè)之一；與此同時人們對無線通信的需求明顯增加，也推動了無線通信 的飛速發(fā)展。從20世紀80年代第一代模擬無線通信系統(tǒng)1G商用開始至今，僅僅的大約三十 年間經(jīng)歷了第二代數(shù)字2G無線通信系統(tǒng)。20世紀90年代末自ITU-R推出3G移動通信標準之 后，各個國家為了在下一代無線通信系統(tǒng)中占有一席之地，各自啟動了新一

13、代無線通信系 統(tǒng)的技術(shù)和標準化研究。目前，NTTDoCoMo公司的4G研究工作非常令人矚目，他們提出 了基于MATLABSIMULINK的多載波無線通信系統(tǒng)仿真以及正交頻率碼分復(fù)(OFCDM)技 術(shù)具有因子可變擴頻的4G系統(tǒng)實現(xiàn)方案，并在2002年10月推出了上行鏈路速率為 20Mbit/s，下行鏈路速率為100Mbit/s的實驗系統(tǒng)。在韓國，4G移動通信系統(tǒng)的研究工作主 要由韓國電子通信研究所(ETRI)來承擔，ETRI已經(jīng)確定了4G系統(tǒng)的研究時間表和發(fā)展目標。 在中國，2001年啟動的“十五”863重大研究計劃項目中設(shè)立了面向4G的FUTURE計劃， 該計劃的研究目標是在新技術(shù)產(chǎn)生初期，對

14、國際主流核心技術(shù)的發(fā)展以及知識產(chǎn)權(quán)的形成 有所貢獻。1999年11月，ITUR完成了3G標準BeyondIMT-2000，與此同時ITU-R成立了一 個新的工作機構(gòu)WP8F。WP8F的工作有兩部分組成：(1)負責3G系統(tǒng)的進一步發(fā)展，制定增 強型3G系統(tǒng)的標準； (2)制定4G系統(tǒng)的標準。2002年lO月，WP8F實現(xiàn)了一個有關(guān)“IMT- 2000系統(tǒng)的未來發(fā)BeyondIMT-2000系統(tǒng)的框架、遠景和總體目標。 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 2 12 無線信道的特征無線信道的特征 121 衰減作用衰減作用 無線信道對信號的

15、衰減作用是減少接收信號的功率。它取決于傳輸路徑的 長度以及直達信號路徑中的障礙情況，任何阻擋接收機和發(fā)射機之間的障礙都 會使信號功率衰減。在無線通信的衰減作用主要體現(xiàn)在以下3個方面： (1)路徑損耗：當接收機與發(fā)射機之間的距離比較大時，接收信號的平均功 率與信號傳播距離d的n次方成反比。n稱為路徑損耗指數(shù)，n值取決于具體的傳 輸環(huán)境。 (2)陰影衰落：電磁波在空間傳播時由于高大建筑物的阻擋和地形起伏的影 響，在這些障礙物后面就會產(chǎn)生電磁場的陰影，使場強中值變化，進而引起信 號衰減，這種狀況稱為陰影衰落。陰影衰落是通過比較大的空間尺度來衡量的， 其統(tǒng)計特性一般情況下符合對數(shù)正態(tài)分布。 (3)小尺

16、度衰落：在無線通信中，電波經(jīng)過各條路徑的距離不同，因 而各條路徑中的發(fā)射波到達接收機的相位、時間都不相同。相位不同的多個信 號在接收端疊加，如果同相疊加信號幅度增強，而反相疊加信號幅度就會削弱。 當發(fā)射機和接收機的間距在比較小的尺度上變化時，接收信號的功率發(fā)生很大 的變化，稱之為小尺度衰落。路徑損耗與陰影衰落合并在一起體現(xiàn)了無線信道 在大尺度上對傳輸信號的影響，稱為大尺度衰落。 122 時變性時變性 無線信道的時變性取決于發(fā)射機和接收機之間的相對運動或者信道中其他 物體的運動。體現(xiàn)無線信道的時變性取決于兩個重要參數(shù)相干時間和多普勒擴 展。 多普勒擴展頻移:當無線電發(fā)射機與接收機相對運動時，接收

17、信號的頻率將 會發(fā)生偏移。當兩者作相向運動時，接收信號的頻率將高于發(fā)射頻率；當兩者 作反向運動時，接收信號的頻率將低于發(fā)射頻率，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 多普勒擴展:多普勒擴展描述了無線信道的時變性所引起的接收信號的頻譜 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 3 展寬程度。當發(fā)射機在無線信道上發(fā)送一個頻率為fo的單頻正弦波時，按照前 述的多普勒效應(yīng)，接收信號的頻譜被展寬，將包含頻率為fo-fd到fo+fd的頻譜 分量，其中fd為多普勒頻移，該頻譜稱為多普勒頻譜。接收信號的多普勒頻譜 上不等于0的頻率范圍定義為多普勒擴展。 13 多載波

18、技術(shù)多載波技術(shù) 131 多載波技術(shù)簡介多載波技術(shù)簡介 近年來人們越來越多的關(guān)注以正交頻分復(fù)用為代表的多載波傳輸?shù)膶拵?輸新技術(shù)。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解為若干獨立的子比特流，這樣每個子數(shù)據(jù) 流將具有比較低的比特速率。OFDM是多載波傳輸方案的實現(xiàn)方式之一，OFDM利 用逆快速傅立葉變換(IFFT)和快速傅立葉變換(FFT)來分別實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。與 傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于： 1可以有效地對抗多徑傳播所造成的符號間干擾。 2在相對變化較慢的信道上，多載波系統(tǒng)可以根據(jù)各個子載波的信噪比來分配 各個子載波上傳送的信息比特，從而大大提高系統(tǒng)傳輸信息的容量； 3多載

19、波系統(tǒng)可以有效對抗窄帶干擾。 4在廣播中，利用多載波系統(tǒng)可以達到非常具有吸引力的單頻網(wǎng)絡(luò)。 與傳統(tǒng)的單載波傳輸系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的缺點主要在于： 1多載波系統(tǒng)對于定時誤差的敏感程度和載波頻率偏移比單載波系統(tǒng)要高； 2多載波系統(tǒng)中的信號存在比較高的峰值平均功率比致使得它對放大器的線性 要求很高。 14 SIMULINK 仿真工具仿真工具 SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件 包，SIMULINK與MATLAB語言的區(qū)別主要在于，它與用戶交互接口是基于WINDOWS 的模型化圖形輸入，這樣可以使得用戶有更多的精力構(gòu)建系統(tǒng)模型，不是語言 上的編程。模型化

20、圖形輸入是SIMULINK提供一些按功能分類的基本系統(tǒng)模塊， 用戶僅僅知道這些模塊的輸入輸出以及模塊的功能就可以了，而不必要了解模 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 4 塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，只需要調(diào)用這些基本模塊，最后把它們連接起來就可以 構(gòu)成所需要的的各種系統(tǒng)模型，從而進行仿真與分析。 15 論文研究的目的和意義論文研究的目的和意義 通過前面對移動通信系統(tǒng)進展的回顧和展望，提出以O(shè)FDM為代表的多載 波技術(shù)成為第4代無線通信中的核心技術(shù)。在日漸信息化的今天，隨著移動用戶 數(shù)目的增加，不同通信網(wǎng)絡(luò)之間存在激烈的競爭，頻譜資源變得緊

21、張、無線信 道逐漸變得復(fù)雜化、設(shè)備的研發(fā)周期滿足不了快速的需求等問題。而OFDM技術(shù) 具有非常高的頻譜利用率，同時也具有很好的抗多徑衰落的性能，調(diào)制和解調(diào) 可以使用IFFT和FFT來實現(xiàn)。OFDM技術(shù)雖然得到較為廣泛認可，但是關(guān)于OFDM技 術(shù)的研究還有諸多沒有得到很好的解決的問題。所以建立OFDM通信系統(tǒng)的仿真 平臺，并在此平臺上對OFDM系統(tǒng)的各項性能進行研究和分析是很有必要的。 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 5 2 OFDM 的基本原理和系統(tǒng)組成的基本原理和系統(tǒng)組成 21 OFDM 的基本原理的基本原理 每個OFDM符號

22、是由一組承載了PSK或QAM調(diào)制信號的子載波疊加構(gòu)成，從 開始的OFDM符號s(t)表示為: s tt 式中，N表示子載波的數(shù)目； / 2 1 / 2 2 5 ( )R eexp2 ()() N Ncs t tN i s tdjftt T T表示OFDM符號的寬度；表示第i路的基帶復(fù)信號；是載波中心頻率； i d c f 表示開始時刻。 s t 在理論分析中，采用基帶表示更為方便。OFDM信號的基帶形式為 ,式中虛部和實部別對應(yīng)于OFDM符 / 2 1 / 2 2 ( )TR eexp2() N Ns t tN i s tdjtt T 號正交分量和同向，利用子載波的正交特性采用一路子載波信號進

23、行解調(diào)，進 而提取出這一路的數(shù)據(jù)。圖21給出了OFDM系統(tǒng)調(diào)制和解調(diào)的框圖。 圖2-1 OFDM系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)框圖 (a)一個OFDM子載波頻譜 (b)OFDM符號頻譜 圖2-2 OFDM頻譜圖 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 6 圖2-2(a)是單個OFDM子載波的頻譜，圖22(b)是一個包括5個子載波的OFDM符 號的頻譜，其中每個子載波都有相同的相位和幅值。但是在應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù) 符號的調(diào)制方式，每個子載波相位和幅值都可能是不一樣的。從圖2-2(b)中可 以看出，在每一個子載波頻率的最大值處，其它子信道的頻譜值恰好為零，這

24、 說明OFDM各子載波信號之間的正交性避免了子信道間干擾的出現(xiàn)。由以上可得， OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由離散傅里葉反變換和離散傅里葉變換代替。 2.2 OFDM 的循環(huán)保護間隔的循環(huán)保護間隔 OFDM技術(shù)可以有效地對抗多徑時延擴展，通過把輸入的數(shù)據(jù)流并行分配到n 個并行的子信道上，使得每個OFDM的符號周期擴大為原始數(shù)據(jù)符號周期的n倍， 因此時延擴展與符號周期的比值也降低倍,OFDM系統(tǒng)中，為了最大地消除符號間 干擾，在每個OFDM符號間要插入保護間隔，其長度通常要大于無線信道的最大 時延擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。在保護間 隔內(nèi)，可以不插入信號。在這種情況

25、中，會受多徑傳播的影響而產(chǎn)生子信道闊 的干擾，就是子載波之間的正交性被破壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾，這種 效應(yīng)如圖2-3所示。 第二子載波 對第一子載 波的干擾 保護 間隔 FFT 積分時間 圖2-3空閑保護間隔在多徑情況下的影響 由于各個OFDM符號都包括所有的非零子載波信號，而且也同時會出現(xiàn)該 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 7 OFDM符號的時延信號。在FFT運算時間長度內(nèi)第1子載波與第2子載波之間的周 期個數(shù)之差不是整數(shù)，因此當接收機對第l子載波進行解調(diào)時，第2子載波會對 解調(diào)造成干擾。同理，當接收機對第2子載波進行解

26、調(diào)時，第一子載波會對解調(diào) 造成干擾。 23 OFDM 的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成 OFDM系統(tǒng)的組成框圖如下圖26所示。 串行并 行變換 變換 IDFT 或 IFFT 并行 串行 變換 插入 保護 間 隔 數(shù) 模 變 換 Sn 多徑傳播 h( ，t) Xn OFDM （t ）模數(shù) 變換 去除保 護間隔 串行并 行變換 DFT 或 FFT 并行串 行變換 Rn 圖2-6 OFDM系統(tǒng)的組成框圖 在輸入比特序列完成串并變換后，根據(jù)采用的調(diào)制方式，實現(xiàn)相對的調(diào)制 映射，形成調(diào)制信息序列X(N)，然后對其進行IDFT，計算出OFDM已調(diào)信號時域 抽樣序列，再加上循環(huán)前綴，作D/A轉(zhuǎn)換，得到OFDM已調(diào)信號時

27、域波形。接收端 對接收信號進行A/D變換，去掉循環(huán)前綴，得到OFDM的抽樣序列，再對該抽樣序 列作DFT即可得到原調(diào)制信息序列X(N)。 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 8 3 信道估計對提高系統(tǒng)抗干擾能力的作用信道估計對提高系統(tǒng)抗干擾能力的作用 因為大多數(shù)信道不能直接傳送基帶信號，所以為了適應(yīng)信道，一般情況下 實際通信系統(tǒng)采用了調(diào)制技術(shù)。在發(fā)送端，利用基帶信號控制載波的一些參量， 使這些載波參量隨著基帶信號變化而變化，從而實現(xiàn)基帶信號的調(diào)制。同理， 在接收端，從已調(diào)信號中恢復(fù)出基帶信號需要進行解調(diào)。然而調(diào)制方式不同， 相對應(yīng)的

28、解調(diào)方式也會不同。一般情況下解調(diào)方式大致可分為相干方式(如包絡(luò) 檢波法)、非相干方式(同步檢測法)以及采用差分編碼時常用的差分相干方式 (差分檢波法)，如圖31所示 帶通濾波器 ASK FSK 整流 器 低通濾波器抽樣判決器 定時脈沖 （a） 非相干方式 帶通濾波器 ASK FSK PSK 低通濾波器抽樣判決器 定時脈沖 判決器 （b） 相干方式 帶通濾波器 ASK DPSK 低通濾波器抽樣判決器 定時脈沖 延遲 （c）差分相干方式 圖3-1 幾種解調(diào)方式框圖 由圖31中的相干方式可以看出，解調(diào)時必須得使用與發(fā)送端同頻同相的 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的

29、多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 9 載波信息，否則就不能達到正確解調(diào)目的，因此進行信道估計是非常有必要的。 差分相干方式和非相干方式雖然可以不用進行信道估計和信道均衡，但是差分 相干方式僅僅適合于低數(shù)據(jù)速率的系統(tǒng)。因此為了使系統(tǒng)有更好的性能，對于 高數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)應(yīng)該采用相干解調(diào)方式。此外，對于差分相干方式和非相干方 式，雖然說解調(diào)時可能不需要進行信道估計，但是系統(tǒng)中如果采用了糾錯編碼， 那么信道的相關(guān)信息將有助于譯碼，可以提高系統(tǒng)性能。所以信道估計直接影 響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，其重要性顯而易見。 在無線通信系統(tǒng)中，信道在頻率軸和時間軸上都呈現(xiàn)出選擇性衰落特性， 但是系統(tǒng)又必須得支持隨機時間的業(yè)務(wù)接入

30、功能，因此信道估計問題變得比較 困難。信道估計就是估計從發(fā)送天線到接收天線之間的無線信道的頻率響應(yīng)。 3.1 相干檢測與非相干檢測相干檢測與非相干檢測 3.1.1 相干檢測相干檢測 圖3-2給出了利用相干檢測的接收機框圖。接收信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，變頻 以及FFT變換，可以得到N個基帶調(diào)制符號。但是，這些符號可能會遭受到幅度 波動以及隨機相移等的影響。因此在接收機內(nèi)必須得進行信道估計，從而取得 各個子載波上的參考幅值和相位以便正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的比特。 RF RXADCFFT 相干 檢測 解交織 譯碼 輸 出 信道 估計 圖3-2 采用信道估計的OFDM相干接收機 本文所用子載波調(diào)制方式主要有M

31、QAM、BPSK、QPSK這幾種，因此接收機采 用相干檢測為宜，進而也必須采用信道估計。 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 10 3.1.2 非相干檢測非相干檢測 在接收端可以采用相干檢測，也可以采用非相干檢測(差分檢測)的方法， 后者可以不用進行信道估計，通過比較兩個符號的相位就能夠恢復(fù)出基帶信號， 由此可以簡化系統(tǒng)的復(fù)雜度和實現(xiàn)的成本。相位比較在時域進行時，通過比較 時間上連續(xù)的兩個OFDM符號在同一子載波上傳輸?shù)姆栔g的相位；相位比較 在頻域進行時，比較同一OFDM符號在相鄰子載波上傳輸?shù)姆栔g的相位。與 相干檢測相比，

32、非相干檢測由于沒有用戶信道信息，所以存在約3dB信噪比差異。 總的來說，非相干檢測與相干檢測之間存在約2dB的差異。圖33中給出差分檢 測OFDM接收機的框圖，其中不是采用絕對相位的參考值，而是通過在頻域或時 域內(nèi)比較兩個連續(xù)符號之間的相位而達到差分檢測。 RF RXADCFFT差分檢測解交織 譯碼 輸出 圖33差分檢測OFDM接收機框圖 3.2 信道估計算法信道估計算法 在OFDM通信系統(tǒng)中有很多信道估計的算法。從其是在時域?qū)崿F(xiàn)的還是在頻 域?qū)崿F(xiàn)的的角度來看，主要分為頻域信道估計和時域信道估計算法兩大類；從 其是否使用輔助數(shù)據(jù)來看，又主要分為訓練符號的輔助信息信道估計算法或基 于導頻和盲信道

33、估計算法兩大類?；谳o助信息的信道估計方法是在發(fā)送端信 號的一些相對固定的位置插入一些已知的訓練序列或?qū)ьl符號，在接收端利用 這些導頻符號或訓練序列按照某些算法進行信道估計。導頻符號在單載波系統(tǒng) 中只能在時間軸方向插入；而多載波系統(tǒng)具有時頻二維結(jié)構(gòu)，所以采用導頻符 號的輔助信道估計將變得更加靈活。如果同時在時間軸和頻率軸兩個方向插入 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 11 導頻符號，而導頻符號能夠在時間和頻率方向上的間隔足夠小，那么接收端就 可以得到所插入導頻符號位置的信道傳輸函數(shù)，然后再采取二維內(nèi)插濾波的方 法來估計所有位置的信

34、道傳輸函數(shù)。雖然基于輔助信息進行信道估計性能較好， 但是會致使功率和帶寬的損失，傳輸?shù)挠行源蟠蟮慕档?。盲信道估計算法?發(fā)送數(shù)據(jù)完全不知的情況下也可以實現(xiàn)信道估計，因此可以使發(fā)射機在不發(fā)送 特殊訓練符號的情況下也能提高系統(tǒng)的頻譜利用率，但是這種方法只能在接收 到足夠多數(shù)據(jù)的情況下才可能得到對一個信道的可靠估計。在無線通信系統(tǒng)中， 信道是時變的，對于大量的數(shù)據(jù)的需求就限制了盲信道估計算法的運用。所以 在無線OFDM通信系統(tǒng)中，信道估計一般情況要通過足夠的訓練數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，對 于衰落信道，信道估計器必須能夠跟得上時變信道的變化，這就需要訓練符號 以某種連續(xù)的方式插入到發(fā)送序列中。 3.2.2 頻域

35、信道估計算法頻域信道估計算法 頻域信道估計算法基本都是基于導頻的估計算法。其應(yīng)用環(huán)境和傳輸業(yè)務(wù)會隨 著導頻插入方式的不同而有所差異。就目前來看，導頻插入方式主要有兩類： 一是基于抽樣定律，在時頻二維空間上插入梳狀導頻，即按照某種規(guī)律將導頻 分布在整個時頻空間上；一是訓練符號的方式，即在某些符號的各個子載波上 都插入導頻，而在隨后的一些符號中插入非常少的導頻或者不插入任何導頻。 如果采取訓練符號的導頻插入方式，那么往往只會在開始發(fā)送一些訓練符號， 這就得要求信道在相對較長的時間內(nèi)變化很小，最好不變，即所謂準靜止信道、 慢衰落信道。由上可得，這種方法比較適用于 WLAN 信道、恒參信道等。由于在

36、訓練符號內(nèi)各個子載波都用來發(fā)送導頻符號，因此可選取低階的信道估計算法。 如果信道中出現(xiàn)信道變化比較快或者存在比較大的多普勒頻移的情況，則就不 能選取插入訓練符號的導頻插入方式，而應(yīng)當在整個信號的時頻空間內(nèi)插入梳 狀導頻信號。在此種情況下，應(yīng)當考慮所插入導頻個數(shù)的問題。就可靠性角度 來看，當插入的導頻符號比較多時，那么估計就比較準確，比較極端的情況就 是只發(fā)送導頻符號；如果就傳輸有效性角度來看，插入的導頻越多，有效數(shù)據(jù) 的傳輸速率就變的較低，并且在能量發(fā)送一定的條件下降低了有效信噪比，因 此插入導頻信號應(yīng)當盡量少。在實際系統(tǒng)中應(yīng)當考慮在估計準確度和傳輸有效 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 m

37、atlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 12 性之間取得最優(yōu)化，根據(jù)具體情況選擇比較合適的導頻插入方式。從傳輸業(yè)務(wù) 的角度來看，一般比較常用的頻域信道估計算法主要分為兩類：一是對于網(wǎng)絡(luò) 中的突發(fā)業(yè)務(wù)而言，比如 WLAN,其使用基于訓練符號的估計方法；二是對于系 統(tǒng)中的廣播業(yè)務(wù)而言，如 DVB、DAB，其常利用信道頻率響應(yīng)的相應(yīng)特征和一 部分子載波上插入導頻符號相結(jié)合的方法。 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 13 4 OFDM 系統(tǒng)中的同步技術(shù)系統(tǒng)中的同步技術(shù) 實際上任何一個通信系統(tǒng)都需要考慮并解決關(guān)于同步技術(shù)

38、的題，其性能直 接影響整個通信系統(tǒng)的性能?？傊褪侵挥袦蚀_的同步算法才可能進行可靠的 數(shù)據(jù)傳輸，同步技術(shù)可以說是信息可靠傳輸?shù)那疤?。當采取相干檢測或者同步 解調(diào)時，接收端得需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波，這樣 獲得相干載波的過程就叫做載波同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收瑞的最合適采 樣時刻應(yīng)在各個碼元間隔內(nèi)接收濾波器輸出最大的時刻。在數(shù)字通信中，不僅 存在載波同步的問題，還會有符號同步的問題。符號同步主要是使接收端獲取 與發(fā)送端周期相同的符號序列，并得到各個符號的起止時刻，從而實現(xiàn)幀同步 或塊同步。在 OFDM 系統(tǒng)中，存在著載波同步和符號同步的實現(xiàn)問題。由于每個 OFDM 符號都

39、經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換的 N 個樣值符號組成的，所以在 OFDM 系統(tǒng)中，數(shù)字通 信系統(tǒng)中除了包括載波同步和符號同步外，還包括樣值同步。 OFDM系統(tǒng)中的樣值同步與數(shù)字通信系統(tǒng)中的符號同步類似，樣值同步包括 樣值頻率同步和樣值定時同步。在OFDM系統(tǒng)中，符號同步主要是使接收端確定 各個OFDM符號的起止時刻，即獲取準確的FFT窗位置，并進而達到塊幀同步或同 步；樣值定時同步是使接收端獲得每個樣值符號的起止時刻；樣值頻率同步是 保證接收端的頻率有與發(fā)送端的頻率達到一致。OFDM不僅可以適合廣播等連續(xù) 傳輸?shù)南到y(tǒng)，而且也可以適用于分組交換網(wǎng)絡(luò)，即為分組突發(fā)方式傳輸。因為 這兩種系統(tǒng)存在傳輸方式差異，所以它們

40、的同步算法也會有所不同，但是它們 實現(xiàn)同步的原理是一樣的。所以本章會首先探討OFDM系統(tǒng)中載波同步、符號同 步和樣值同步在理論上的基本原理，然后再分析一些在OFDM系統(tǒng)中實現(xiàn)各種同 步的常用有效算法。 4.1 同步偏差對同步偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響系統(tǒng)的影響 OFDM 符號由多個子載波信號疊加而成，利用正交性可以來區(qū)分各個子載波， 因此這種正交性對于 OFDM 系統(tǒng)來說非常重要，使得它對載波同步的要求也就相 對較嚴格。 在 OFDM 系統(tǒng)中存在如下幾個方面的同步要求： 1、載波同步：接收端的振蕩頻率要與發(fā)送載波同頻同相； 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的

41、多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 14 2、樣值同步：接收端和發(fā)射端的抽樣頻率相同； 3、符號同步：IFFT 和 FFT 起止時刻相同。 圖 4-2 中說明了 OFDM 系統(tǒng)中的同步要求，并且給出各種同步在系統(tǒng)中所處 的位置。 IFFT FFTA/D變變換換載載波波解解調(diào)調(diào) 信信道道 載載波波調(diào)調(diào)制制D/A變變換換 符符號號同同步步樣樣值值同同步步載載波波同同步步 圖 4-2 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的同步示意圖 4.1.1 載波頻率偏差對載波頻率偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響系統(tǒng)的影響 發(fā)射機與接收機之間的頻率偏差致使接收信號在頻域內(nèi)發(fā)生偏移。如果頻率 偏差是子載波間隔的整數(shù)n倍，盡管子載波之間還是能夠保

42、持正交，但是頻率 采樣值已經(jīng)偏移了整數(shù)n個子載波的位置，造成映射在 OFDM 頻譜內(nèi)的數(shù)據(jù)符號 誤碼率高達 0.5。如果載波偏差不是子載波間隔的整數(shù)倍，那么在子載波之間 就會存在能量流失，致使子載波之間的正交性遭到毀壞，從而在子載波之間引 入干擾，使得系統(tǒng)的誤碼率性能惡化。圖 4-3 中給出了 OFDM 信號的頻譜示意圖， 其中圖 4-3（a）表示沒有發(fā)生頻率偏差的情況，而圖 4-3（b）則表示存在頻率 偏差時的情況，從圖中可以看到，在頻率沒有發(fā)生偏差時，各個子載波之間不 會存在干擾，而當存在頻率偏差時，子載波之間存在互相干擾。 考慮圖 4-3 的 OFDM 系統(tǒng)。第i個符號周期內(nèi)輸入的原始數(shù)

43、據(jù)符號為 ，經(jīng)過 IDFT 計算之后得到： 0,1,1, ,., iiNi aaa （4.1） 1 , 0 12 exp() N k il i l jlk ba NN 因此可以得到 OFDM 發(fā)射機的輸出信號為： （4.2） 1 , 0 ( )exp( 2)() N ck i k kT x tjf tbp t N 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 15 n f n ff f 1n f 1n f ( )A f( )A f f （a）表表示示沒沒有有頻頻率率偏偏差差的的情情況況（b）表表示示存存在在頻頻率率偏偏差差的的情情況況 圖 4

44、-3 載波同步與載波不同步情況的示意圖 分分割割 為為低低 速速數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)流流 DAC 和和 LPF 并并串串 變變換換 N點點 IDFT BPF 串串并并 變變換換 N點點 DFT 高高速速數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)流流 0 ,i a 1,Ni a 1,Ni b 0,i b ( )x t ( )h t exp(2 () ) c jff t 0,i y 1,Ni y 1,Ni z 0,i z 圖 4-4 OFDM 通信系統(tǒng)框圖 其中表示載波頻率，表示發(fā)射機內(nèi)所使用的成形低通濾波器的沖激響應(yīng)。 c f( )p t 在接收端存在的頻率偏差時，可以得到經(jīng)過降頻轉(zhuǎn)換和低通濾波之后的信號f 為： （4.3） 1 0,

45、0 ( )exp( 2)() N k i k kT y tjftb q t N 其中是發(fā)射機內(nèi)低通濾波器和接收機內(nèi)帶通濾波器相乘所得到的組合沖激( )q t 響應(yīng)，是接收機本地振蕩器的相位與射頻載波相位之差。假設(shè)在抽樣時間 0 ,能夠滿足 Nyquist 準則，對在時刻抽樣，得到：kT N( )q t( )y ttkT N （4.4） ,0, 2 exp()exp() k ik i jfTk yjb N 因此根據(jù) DFT 的計算公式，并且把上述和代入， 1 , 0 2 exp() N m ik i k jkm zy N ,k i y ,k i b 可以得到： 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于

46、 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 16 （4.5） 11 ,0, 00 12() exp()exp() NN m il i lk jk lmfT zja NN 根據(jù)幾何級數(shù)的求和公式，以及， 1 0 1 1 NN k k u u u 1 exp( 2 )2sinexp()jjj 式（4.5）可以重寫為如下形式： 1 ,0, 0 1sin( ()1 exp()exp()() () sin() N m il i l lmfTN zjajlmfT lmfT NN N （4.6） 如果，則可以容易地得到?？梢?f ,0, exp(),(0,1,.,1) m im i zj

47、amN 看到每個復(fù)數(shù)符號都僅僅受到了相位偏差因子的影響。 0 如果，則會發(fā)生信道間干擾，即每個子信道的輸出數(shù)據(jù)符號要取決0f 于所有的輸入數(shù)據(jù)符號。為了簡化 ICI 的分析過程，定義N個復(fù)加權(quán)系數(shù) 分別對應(yīng)N個輸入數(shù)據(jù)符號對輸出數(shù)據(jù)符號所做 011 ,., N c cc 0,1,1, ,., iiNi aaa 出的貢獻，由此可以得到第M個子信道中傳輸?shù)姆枮椋?（4.7） 1 ,0, 0 1 00,0, 0 exp() exp()exp() N m il ml i l N m il ml i l l m zjca jc ajca 其中復(fù)加權(quán)系數(shù)為： （4.8） 1 0 12() exp() 1

48、 sin( ()(1)() exp() () sin() N lm k jk lmfT c NN lmfTNlmfT j lmfT NN N （4.9） 1 0 0 121 sin()1 exp()exp() sin() N k jk fTfTN cjfT fT NNNN N 式（4.7）的第一項是經(jīng)過加權(quán)的期望得到的數(shù)據(jù)符號項，第二項就是由于頻 0 c 率偏差所帶來的 ICI。通過上式可以看到，只取決于歸一化頻率偏差，f 0 cfT 而且要獨立于m。此外當時，每個對的貢獻取決于歸一化頻率偏差lm , l i a ,m i z 以及子載波之間的距離，并不直接與m相關(guān)。fT()modlmN 利用

49、相關(guān)方法分析 ICI 我們可以得到下面的結(jié)論： （1）當與(原始的數(shù)據(jù)符號的周期)一定時，隨著系統(tǒng)頻率偏移的N 0 Tf 增大，也隨之加大，系統(tǒng)的 ICI 也會顯著的增加。即 OFDM 系統(tǒng)的 ICI 是隨fT 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 17 著頻率偏移的增大而變大的。 （2）當與一定時，隨著子載波個數(shù)的增加，也隨之增加，將f 0 TNfT 導致 ICI 的增加。也就是說，OFDM 系統(tǒng)的子載波個數(shù)越多，系統(tǒng)所承受的 ICI 也會越大，但是這種子載波數(shù)量對 ICI 的影響會隨子載波數(shù)量的增加而逐漸減 少。 （3）當與N一定

50、時，如果原始數(shù)據(jù)持續(xù)時間增加，會導致加f 0 T 0 TNT 大，這樣子載波的間隔則會隨之減少，導致 ICI 的增加。即 OFDM 系統(tǒng)的子1 T 載波間隔越小，系統(tǒng)內(nèi)的 ICI 也會越大。 根據(jù)文獻 5，在 AWGN 信道條件下常規(guī) OFDM 系統(tǒng)中，由于本地振蕩器頻率 與載波頻率之間存在差異，即而引起的信道間干擾。由此得到 l f c f lc fff 第個子載波上的接受信號為：k （4.10） 1 0 0 N kskskmmk m m k rE I aEIaz 其中： 0 2 () , 0 1sin() n Tjt jtjfTj T nn A fTfT IeedteIe TfTfTn （

51、4.11） 其中， ,0 () n A IIfTfTn 00,0 sin(), A IIfTfTfT 式（4.10）中第一項是受到頻率偏差影響的有效信號，第二項是由頻率偏 差所帶來的信道間干擾，最后一項是第個子載波所經(jīng)歷的加性噪聲。k 根據(jù)式（4.10）可以得到 AWGN 信道條件下，常規(guī) OFDM 系統(tǒng)的信號干擾比 （SIR）為：，其中： 2 00 c AWGN SIRIV 2 2 1 2 00 2 1 N mN fT VI fTm （4.12） 由頻率偏差所導致的 ICI 會對 OFDM 系統(tǒng)的信噪比性能帶來很大的負面影響， 產(chǎn)生地板效應(yīng)。與不存在 ICI 的常規(guī) OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的信噪比

52、進 0 c noICIs SNREN 行比較分析，由于頻率偏差的出現(xiàn)，OFDM 系統(tǒng)的信噪比遭受損失。 文獻 28 分析了常規(guī) OFDM 系統(tǒng)的信噪比以及由于頻率偏差所帶來的信噪比 損失： 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 18 2 0 _ 00 _ _ 2 00 0 10lg() 10lg(1) 10lg() sc AWGNICI s c AWGNnoICIc AWGN c AWGNICI s E I SNR E VN SNR D SNR E VI N （4.13） 其中。 2 2 1 2 00 2 (1) N mN fT VI

53、 fTm 信噪比損失是隨著的增加而逐漸變大的。這就意味著如果只采用提高fT 發(fā)送功率（即增加）的方法，并不能真正改善 OFDM 系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)接收 s E 機內(nèi)進行檢測之前所能得到的信噪比并不會有太大的改善，由此也可以證明地 板效應(yīng)的存在。 4.1.2 符號定時偏差對符號定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響系統(tǒng)的影響 根據(jù)第二章的敘述，由于在 OFDM 符號之間插入了循環(huán)前綴保護間隔，因此 OFDM 符號定時同步的起始時刻可以在保護間隔內(nèi)變化，而不會造成 ISI 和 ICI。只有當 FFT 運算窗口超出了符號邊界，或者落入符號的幅度滾降區(qū)間，才 會造成 ISI 和 ICI。因此，OFDM 系統(tǒng)對

54、符號定時同步的要求會相對較寬松，但 是在多徑環(huán)境中，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，需要確定最佳的符號定時。盡管 符號定時的起點可以在保護間隔內(nèi)任意選擇，但是容易得知，任何符號定時的 變化，都會增加 OFDM 系統(tǒng)對時延擴展的敏感程度，因此系統(tǒng)所能容忍的時延擴 展就會低于其設(shè)計值。為了盡量減小這種負面的影響，需要盡量減小符號定時 同步的誤差。 我們知道，符號定時偏差與解調(diào)子載波之間的存在有固定關(guān)系，隨著定時 的變化，子載波經(jīng)過解調(diào)之后的相位也會發(fā)生相應(yīng)變化29。子載波 k 的相位 與定時偏差之間的關(guān)系為： k （4.14）2 kk f 其中為第 k 個子載波的載波頻率。對包含 N 個子載波在內(nèi)、子載波

55、間隔 k f 為 1/T 的 OFDM 系統(tǒng)來說，一個 T/N 的樣值間隔的定時偏差對第一個子載波與最 后一個子載波之間造成的相位差為: 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 19 （4.15） 10 2 (1 1/) N N 這些相位偏差會累加到已經(jīng)存在的相位噪聲中。在相干 OFDM 接收機內(nèi)，需 要利用信道估計來計算所有子載波的相位偏差。 在實現(xiàn)符號定時同步的過程中，符號起始點的估計值有可能比實際值提前 或者滯后。由于滯后的符號定時同步會使得 FFT 運算窗口覆蓋到隨后的 OFDM 符 號，因此會引入較大的干擾，導致系統(tǒng)的 BER

56、（誤比特率）性能下降。相反， 由于提前的符號定時同步會使得 FFT 運算窗口中包含當前 OFDM 符號的循環(huán)前綴 保護間隔，因此不會對系統(tǒng) BER 性能造成太大的影響。為了克服上述弱點，有 的系統(tǒng)方案在 OFDM 符號之后也插入適當?shù)谋Ｗo間隔，即短循環(huán)后綴，這樣無論 符號定時同步提前還是滯后，都不會對系統(tǒng)造成太大的影響。 4.1.3 采樣定時偏差對采樣定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響系統(tǒng)的影響 在上述分析中，沒有考慮到采樣值頻率的偏差。如果在采樣定時中存在偏 差，則會有兩方面的影響：第一，產(chǎn)生時變的定時偏差，導致接收機必須要跟 蹤時變的相位變化；第二，采樣值頻率的偏差就意味著 FFT 周期的偏

57、差，因此 經(jīng)過采樣的子載波之間不再保持正交性，從而產(chǎn)生 ICI。但幸運的是，這種影 響是比較小的，本節(jié)會分析采樣定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)造成的影響。 為了方便研究采樣定時偏差的影響，我們可以把采樣定時偏差分為采樣相 位偏差和采樣頻率偏差，它們的影響是不同的。首先，采樣相位的影響類似于 符號定時偏差。第k個子載波的相位和采樣相位偏差的關(guān)系為：t （4.16）2 k k t T 我們發(fā)現(xiàn)相位偏轉(zhuǎn)和子載波序號k成正比，但是它的影響遠比符號定時偏差 k 小，這是因為采樣相位偏差的范圍只在倍采樣間隔內(nèi)，而符號定時偏差有0.5 數(shù)十倍的采樣間隔。 其次，由于采樣頻率偏差在每個采樣間隔內(nèi)都改變，從而導致采

58、樣點增減 現(xiàn)象周期性發(fā)生，這些都會導致額外的符號定時偏移。即接收一個（N+G）個采 樣點的 OFDM 符號時可能得到（N+G-1）或（N+G+1）個采樣點。此外，由于采樣 點的增減現(xiàn)象，每一個子載波都會有額外的相位偏轉(zhuǎn)。 （4.17） 2 s k ss fk Nff 平頂山學院應(yīng)屆本科生畢業(yè)設(shè)計 基于 matlab/simlink 的多載波通信系統(tǒng)仿真分析 林歡 20 其中，是采樣點增或減的數(shù)目，它的值是+1 或-1；和分別是采樣頻率 s f s f 和采樣頻率的偏移。 4.2 同步算法同步算法 4.2.1 載波同步算法載波同步算法 對于載波同步，由于 OFDM 各子信道帶寬比較小，所以對載波

59、頻率偏差的 敏感程度很高，因此需要精確度非常高的載波同步。另外，當精確的估計出頻 率偏差后，由于多普勒效應(yīng)以及振蕩器有不穩(wěn)定等因素，并且頻率又會產(chǎn)生漂 移，所以還需要對頻率進行跟蹤。 實際上頻率偏差可分解為兩部分：小數(shù)部分和整數(shù)部分。所謂小數(shù)部分指 的是小于子載波間隔的那一部分頻率偏差。整數(shù)部分指的是等于子載波間隔的 整數(shù)倍的那一部分頻率偏差；整數(shù)部分僅僅會使信息信號在子信道上平移，不 破壞各子載波間的正交性，但會導致解調(diào)結(jié)果完全錯誤，系統(tǒng)誤碼率幾乎為 0.5；而小數(shù)部分會造成子信道干擾，破壞各子載波間的正交性，導致系統(tǒng)的誤 碼率增大。 對于載波頻率細同步和粗同步進行的順序，一般情況下是先粗同

60、步再細同 步。如果以子載波之間的間隔為單位，那么載波頻率偏差可以分成小數(shù)部分和 整數(shù)部分，其只有小數(shù)部分會影響子載波間的正交性。而頻率偏差為整數(shù)倍的 只是將接收機中 FFT 的輸出進行循環(huán)移位，那么，可以在時域先進行載波細同 步，對載波頻率偏差的小數(shù)部分進行估計，然后在頻域進行頻率粗同步，估計 出整數(shù)部分。這種先細同步再粗同步的順序安排，可消除由載波頻偏小數(shù)部分 引起的 ICI，使其后的載波粗同步不受 ICI 影響。 載波頻偏的同步算法可分為三類： （1） 數(shù)據(jù)輔助算法：對基于嵌入發(fā)送信號內(nèi)的特定訓練信息進行估計； （2） 非數(shù)據(jù)輔助算法：對分析頻域的接受信號進行估計； （3） 基于循環(huán)前綴的