技術(shù)報(bào)告基于OFDMA的同步算法

1、計(jì)劃類別 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告課題名稱 項(xiàng)目主持人 承擔(dān)單位 題目：基于OFDMA的同步算法研究文章首先分析了基于OFDMA的通信系統(tǒng)同步算法功能實(shí)現(xiàn)原理，從概念和原理兩部分進(jìn)行展開(kāi)。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討實(shí)現(xiàn)OFDMA同步運(yùn)算的技術(shù)方法，并對(duì)子載波信號(hào)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)做出詳細(xì)論述，幫助明確同步算法應(yīng)用中需要改進(jìn)的部分，從而達(dá)到最佳運(yùn)算控制效果。關(guān)鍵詞：OFDMA；同步算法；頻偏估計(jì)Abstract：The paper first analyzes the function implementation principle of the communication system synchroniza

2、tion algorithm based on OFDMA，from the two aspects of the concept and the principle.This paper mainly discusses the technical methods to implement the OFDMA synchronization algorithm，and elaborates on the structure of the sub-carrier signal transceiver，which helps improve the synchronization algorit

3、hm，so as to achieve the best effect of operation control.Keywords：OFDMA；synchronization algorithm；frequency offset estimation1 引言（Introduction）OFDMA屬于一種同步并行數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)鬏斨械臄?shù)據(jù)進(jìn)行速度轉(zhuǎn)換，或者根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊功能需求進(jìn)行疊加處理，在功能上與數(shù)據(jù)使用參數(shù)系統(tǒng)保持一致。不同速度數(shù)據(jù)疊加之后形成信號(hào)波形圖，如圖1所示。重疊多載波中包含多種波形特征，所涵蓋數(shù)據(jù)信息也更全面。重疊多載波屬于整體波動(dòng)，實(shí)際使用中需要將其拆分成為多種形式

4、，分別在傳輸中表示不同信息，接收到信息后根據(jù)頻帶不同來(lái)區(qū)分最終的指令，達(dá)到算法與實(shí)際波形變化同步的形式1。此外，OFDMA中還引入了保護(hù)間隔（GuardInterval）。當(dāng)保護(hù)間隔長(zhǎng)度大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展時(shí)，可以完全消除由于多徑帶來(lái)的碼間干擾影響。如果采用循環(huán)前綴（CP）作為保護(hù)間隔（圖1），還可以避免由于多徑傳播帶來(lái)的信道間干擾（ICI）2。2 OFDMA概述（OFDMA introduction）2.1 OFDMA信號(hào)基本原理信號(hào)傳輸為提升效率，保障最安全的數(shù)據(jù)結(jié)果，會(huì)在接收前將串聯(lián)信號(hào)整理成為并聯(lián)形式，進(jìn)入到OFDMA信號(hào)調(diào)試階段，調(diào)試需要改變信號(hào)連接形式，轉(zhuǎn)化成為并聯(lián)模式，這樣有助于

5、同步算法應(yīng)用開(kāi)展，調(diào)試處理結(jié)束后進(jìn)入到最終的串行狀態(tài)下，這樣最終的管理效果才不會(huì)受到影響3。解調(diào)部分在信號(hào)獲取階段具有先后順序，首先會(huì)獲取子載波上的信號(hào)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸模式之間的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)信息處理是解決當(dāng)前解決問(wèn)題的有效方法，建立在良好信息處理環(huán)境下開(kāi)展后續(xù)任務(wù)效率才能得到提升。OFDMA信號(hào)調(diào)制是將經(jīng)過(guò)星座映射后的數(shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制到若干相互正交的子載波上。在調(diào)制之前需要將串行的數(shù)據(jù)符號(hào)變成并行的，調(diào)制后再疊成變成串行的，OFDMA解調(diào)則是先獲取子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)信息后，再將數(shù)據(jù)由并行變成串行。2.2 信號(hào)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，上面介紹的OFDMA調(diào)制和解調(diào)相對(duì)

6、復(fù)雜，需要大量正弦波發(fā)生器、濾波器、調(diào)制及相干解調(diào)器。收發(fā)機(jī)使用功能實(shí)現(xiàn)需要達(dá)到抗干擾效果，多路徑信號(hào)傳輸干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的概率也會(huì)增大，OFDMA信號(hào)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)中會(huì)設(shè)置信號(hào)符號(hào)之間的隔離保護(hù)，使獨(dú)立的信號(hào)之間產(chǎn)生間隔，這樣的在傳輸中彼此之間也不會(huì)產(chǎn)生干擾。根據(jù)上圖顯示可以發(fā)現(xiàn)，信號(hào)之間間隔的長(zhǎng)度用Tg，能夠大于最大時(shí)延擴(kuò)展，在路徑選擇中才不會(huì)出現(xiàn)干擾，同時(shí)也更有利于效果提升。子波干擾預(yù)防采用填充前綴信號(hào)的形式進(jìn)行，延時(shí)時(shí)間設(shè)置合理，收發(fā)機(jī)在信號(hào)接收穩(wěn)定程度上也會(huì)提升，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街付▍^(qū)域內(nèi)。2.3 OFDMA功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于功能中所存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)期間會(huì)重點(diǎn)從評(píng)估角度進(jìn)行預(yù)

7、防，改變信號(hào)傳輸過(guò)程中的傳輸模式，降低干擾因素所造成影響。信號(hào)收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)是技術(shù)的關(guān)鍵部分，對(duì)于常見(jiàn)使用安全性問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要從多個(gè)角度分析，排除傳輸階段干擾造成后進(jìn)入到更深層次的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)收發(fā)機(jī)部分加強(qiáng)理論性研究控制4。決定功能是否能夠高速實(shí)現(xiàn)，首先要保障信息的安全程度，確定載波系統(tǒng)運(yùn)行模式，單項(xiàng)載波與雙向載波之間更好的結(jié)合轉(zhuǎn)換，保障信道對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳輸速度，這樣開(kāi)展各項(xiàng)控制計(jì)劃中才不會(huì)影響到最終安全性。子信道疊加期間會(huì)產(chǎn)生部分信號(hào)信息覆蓋情況，在同步運(yùn)算處理中避免出現(xiàn)信息遺漏，確保所處理的信息與實(shí)際傳輸數(shù)量保持一致，這樣各項(xiàng)控制計(jì)劃也能順利開(kāi)展。功能隱患在設(shè)計(jì)中便應(yīng)該控制避免，繼續(xù)深入

8、傳輸才不會(huì)受到影響。多普勒頻移技術(shù)應(yīng)用后對(duì)信息傳輸波形捕捉更為精準(zhǔn)，在同一頻率的信號(hào)傳輸上，最終結(jié)果準(zhǔn)確程度也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，將信號(hào)傳輸以波形圖展現(xiàn)出來(lái)，方便技術(shù)人員對(duì)同步運(yùn)算進(jìn)展情況隨時(shí)查看。3 OPDMA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)算的研究（Study on thesynchronization algorithm based on OFDMA）3.1 基于訓(xùn)練序列的延時(shí)相關(guān)算法同步運(yùn)算在時(shí)間上要與系統(tǒng)保持一致，采用自動(dòng)化方法來(lái)幫助提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)使用安全問(wèn)題后及時(shí)探討解決規(guī)劃措施。定時(shí)運(yùn)算需要掌握系統(tǒng)運(yùn)行控制期間可能會(huì)產(chǎn)生的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)現(xiàn)象，加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部強(qiáng)化控制，在程序設(shè)計(jì)匯編中確定最適合的間隔

9、時(shí)間5。實(shí)現(xiàn)同步預(yù)算需要保障信息傳輸部分與現(xiàn)場(chǎng)控制模塊之間的結(jié)合程度，信息處理穩(wěn)定性提升后接下來(lái)的各項(xiàng)運(yùn)行控制計(jì)劃也能保證開(kāi)展積極性，達(dá)到最終的管理運(yùn)算效果。同步算法中需要解決系統(tǒng)運(yùn)行遇到的管理問(wèn)題，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系使用前先進(jìn)性檢驗(yàn)，是否能夠是實(shí)現(xiàn)對(duì)信息傳輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知與控制管理。采用如下公式來(lái)對(duì)同步運(yùn)算間隔時(shí)間進(jìn)行確定，M（d）=P2（d）/C2（d），運(yùn)算期間系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行起始位置定位，對(duì)于比較常見(jiàn)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題，通過(guò)協(xié)調(diào)技術(shù)性問(wèn)題并應(yīng)用解決方案，能夠?qū)⑼剿惴ㄅc自動(dòng)化系統(tǒng)相互結(jié)合6。公式應(yīng)用結(jié)合信息傳輸不同環(huán)境進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患問(wèn)題后通過(guò)這種相互配合措施能夠得到解決。確定同步運(yùn)算方法

10、后，進(jìn)入到接下來(lái)的控制模塊中，軟件設(shè)置配合硬件系統(tǒng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件之間相互結(jié)合。endprint3.2 基于循環(huán)前綴的定時(shí)同步算法設(shè)置信息傳輸通道循環(huán)過(guò)程中，可以通過(guò)設(shè)置前綴的方法來(lái)提升最終系統(tǒng)運(yùn)行配合穩(wěn)定性，在使用功能上達(dá)到更理想的效果。前綴設(shè)計(jì)在計(jì)算方法上要與運(yùn)算模式保持一致，這樣的理念下開(kāi)展各項(xiàng)信息傳輸控制才能保障最終結(jié)果穩(wěn)定。同步算法中應(yīng)用循環(huán)前綴模式，會(huì)先針對(duì)循環(huán)范圍做出確定，觀察不同使用模式下是否存在可能會(huì)影響循環(huán)進(jìn)行的參數(shù)因素，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，進(jìn)入到控制階段7。前綴數(shù)據(jù)需要根據(jù)傳輸不同位置做出改變，循環(huán)前綴設(shè)置后信息傳輸通道在時(shí)間間隔上會(huì)做出改變，對(duì)獨(dú)立的信息傳輸頻帶起到

11、隔離控制效果，循環(huán)過(guò)程發(fā)展迅速，提升系統(tǒng)使用穩(wěn)定性后進(jìn)入到綜合發(fā)展層面，這樣的環(huán)境中也能避免在功能上受到影響。利用這種同步算法，能夠?qū)崿F(xiàn)信息指令重復(fù)傳輸，滿足控制系統(tǒng)使用安全性，同步算法中應(yīng)用這種方法有利于數(shù)據(jù)傳輸提升安全性，通過(guò)這種方法來(lái)建設(shè)解決也十分重要。OFDMA符號(hào)在定位傳輸中出現(xiàn)偏差需要繼續(xù)深入調(diào)節(jié)，通過(guò)程序匯編來(lái)實(shí)現(xiàn)這一方面任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸中攜帶信息，利用所攜帶的信息來(lái)進(jìn)行更深入設(shè)計(jì)，最終效果也十分明顯。在設(shè)計(jì)中需要針對(duì)偏移情況進(jìn)行時(shí)間間隔誤差定位，了解實(shí)際偏差情況，并配合技術(shù)性方法來(lái)控制解決，這樣在問(wèn)題解決能力上才不會(huì)受到影響。不同偏移情況具有含義上的差異性，運(yùn)算公式確定中體現(xiàn)出這

12、種特征。4 多用戶OFDMA系統(tǒng)頻偏補(bǔ)償及用戶分離算法（Multi-user OFDMA system frequency offsetcompensation and user separation algorithm）4.1 頻偏時(shí)域補(bǔ)償算法頻偏時(shí)域補(bǔ)償算法也屬于同步算法中的一種，建立算法應(yīng)用環(huán)境，針對(duì)多用戶采用OFDMA補(bǔ)償算法的形式來(lái)滿足通信需求，需要建立在系統(tǒng)誤差補(bǔ)償基礎(chǔ)上，觀察是否存在可能會(huì)影響到功能進(jìn)展的實(shí)際情況。頻域計(jì)算中需要確定一個(gè)固定的運(yùn)算環(huán)境，并觀察在系統(tǒng)中是否存在影響問(wèn)題，頻域發(fā)生偏差時(shí)采用特定的計(jì)算方法能夠補(bǔ)償并對(duì)信息填充完整，從而達(dá)到最佳控制效果。時(shí)域補(bǔ)償中需要集合

13、算法開(kāi)展，多用戶在應(yīng)用通信系統(tǒng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息傳輸需求更大，簡(jiǎn)單的隔離方法并不能確定信息準(zhǔn)確程度，采用頻偏時(shí)域補(bǔ)償方法來(lái)計(jì)算，信息數(shù)據(jù)傳輸中損耗的部分在補(bǔ)償技術(shù)下能夠自動(dòng)填補(bǔ)。數(shù)據(jù)信息補(bǔ)償后繼續(xù)開(kāi)展的運(yùn)算任務(wù)，在結(jié)果準(zhǔn)確程度上可以達(dá)到使用規(guī)定。這種同步補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程見(jiàn)圖3。圖3可以發(fā)現(xiàn)多用戶運(yùn)行模式下，每個(gè)用戶都是獨(dú)立存在的，同步補(bǔ)償運(yùn)算也需要獨(dú)立進(jìn)行，這樣才能避免干擾問(wèn)題出現(xiàn)影響到最終的系統(tǒng)控制能力，當(dāng)前頻域計(jì)算管理中存在的各類問(wèn)題，建立管理積極性也有很大幫助。這種同步算法采用重復(fù)原理實(shí)現(xiàn)功能，首先針對(duì)一個(gè)用戶的偏差問(wèn)題進(jìn)行糾正，運(yùn)算過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)會(huì)自動(dòng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并將經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后與其他需

14、要頻偏補(bǔ)償?shù)牟糠诌M(jìn)行糾正，對(duì)比運(yùn)算可以節(jié)省大量時(shí)間，并幫助提升系統(tǒng)運(yùn)行管理效率。對(duì)于運(yùn)算偏差采用這種經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償是提升問(wèn)題解決方案的有效措施。多用戶所發(fā)生的頻偏誤差時(shí)如果情況大致相同，所捕捉到的波形也沒(méi)有明顯變化，此時(shí)可以將運(yùn)算公式按照數(shù)量相乘，避免最終信息結(jié)果受到影響，OFDMA對(duì)正交頻進(jìn)行多地址劃分，技術(shù)原理上符合多用戶對(duì)控制系統(tǒng)的使用需求，在此環(huán)境中開(kāi)展各項(xiàng)控制計(jì)劃之間的相互整合，快速確定適合的最佳算法，對(duì)提升問(wèn)題解決效率也有很大幫助。上圖中表示的重復(fù)運(yùn)算部分，需要建立起可持續(xù)發(fā)展技術(shù)方法，在技術(shù)層面上與管理計(jì)劃之間相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)重復(fù)運(yùn)算并為所開(kāi)展的計(jì)算方案創(chuàng)造一個(gè)切實(shí)可行的技術(shù)性方案。4.

15、2 頻偏補(bǔ)償算法該種同步算法在技術(shù)原理上與頻偏時(shí)域補(bǔ)償有相同之處，但具體運(yùn)算還需要建立一個(gè)長(zhǎng)期控制模式，在不同算法支持幫助下形成一個(gè)高效的信息處理模式。數(shù)據(jù)在獨(dú)立傳輸中雖然已經(jīng)進(jìn)行了彼此之間的隔離處理，但受傳輸環(huán)境影響仍然可能會(huì)造成技術(shù)性問(wèn)題。對(duì)此采用頻偏補(bǔ)償算法，隨著數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)反映波形中所體現(xiàn)出的頻域偏差來(lái)計(jì)算出最終解決方案，將誤差補(bǔ)償后再進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)傳輸，這樣進(jìn)入到信號(hào)接收端的信息在安全性上可以達(dá)到最佳效果，這一點(diǎn)也符合當(dāng)前的技術(shù)性發(fā)展需求，能夠達(dá)到最佳控制管理效果。有關(guān)于頻域算法與現(xiàn)場(chǎng)控制之間的技術(shù)結(jié)合，要考慮功能實(shí)現(xiàn)是否穩(wěn)定，任何時(shí)刻都要將數(shù)據(jù)傳輸中風(fēng)險(xiǎn)降低放在首位。造成數(shù)據(jù)頻偏

16、現(xiàn)象的可能性降低后，接下來(lái)開(kāi)展各項(xiàng)控制計(jì)劃也能更高效進(jìn)行從，幫助節(jié)省同步算法應(yīng)用所需時(shí)間。頻偏現(xiàn)象一旦發(fā)生如果不能解決最終接收到的傳輸信息也將是無(wú)效的，并不能達(dá)到最佳效果。4.3 基于OFDMA同步算法的仿真實(shí)驗(yàn)掌握同步算法應(yīng)用原理和不同情況解決措施后，需要對(duì)所建立的系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。確定一部分子載波用于仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)展，分別計(jì)算處于不同環(huán)境下開(kāi)展控制是否會(huì)對(duì)子載波數(shù)據(jù)傳輸造成影響，排除環(huán)境中所存在的干擾影響后進(jìn)入到更深層次的研究控制層面。同步算法仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行要模擬真實(shí)的數(shù)據(jù)信息子載波傳輸情況，檢驗(yàn)信息傳輸技術(shù)應(yīng)用后是否在功能上更加穩(wěn)定，配合相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施進(jìn)行。仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行后發(fā)現(xiàn)在文章所提出的幾

17、種同步算法中，存在需要繼續(xù)深入完善的內(nèi)容，在對(duì)子載波進(jìn)行獨(dú)立隔離時(shí)仍然不能完全避免風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題發(fā)生，這樣不能滿足高端用戶對(duì)系統(tǒng)使用需求，需要從算法仿真完善中繼續(xù)加強(qiáng)。子載波傳輸信號(hào)隔離可以先劃分類型后進(jìn)行，這樣能夠幫助避免產(chǎn)生影響功能隱患的問(wèn)題，并為管理計(jì)劃開(kāi)展建立一個(gè)更高層次的安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息之間的高速率傳輸。5 結(jié)論（Conclusion）OFDMA系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的OFDMA系統(tǒng)，同步技術(shù)有著新的難點(diǎn)，因?yàn)槭紫扔捎诮邮盏降氖嵌嘤脩舻膹?fù)合信號(hào)，各個(gè)用戶的衰落和經(jīng)過(guò)的信道特征不同，所以他們的定時(shí)和頻偏都是各不相同的，因此傳統(tǒng)單參數(shù)的同步估計(jì)問(wèn)題演變成了多參數(shù)的估計(jì)問(wèn)題，其次，對(duì)定時(shí)和

18、頻偏的補(bǔ)償也變得更加復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償可能會(huì)影響其他用戶的信息。研究了基于子載波塊狀分配的OFDMA系統(tǒng)的頻偏估計(jì)算法，分析了不同訓(xùn)練序列分配下的OFDMA系統(tǒng)頻偏估計(jì)性能。得出連續(xù)分配的訓(xùn)練序列的多用戶OFDMA系統(tǒng)可以比交織分配的訓(xùn)練序列的系統(tǒng)得到更好的頻偏估計(jì)性能。同時(shí)也對(duì)基于子載波交織分配的OFDMA系統(tǒng)的頻偏估計(jì)算法進(jìn)行了研究和仿真，仿真結(jié)果表明該算法可成功的估計(jì)出基于子載波交織分配的多用戶OFDMA系統(tǒng)的各用戶的頻偏估計(jì)信息。參考文獻(xiàn)（References）1 任露.OFDMA資源分配與同步技術(shù)研究及其在IEEE 802.11ax系統(tǒng)下的應(yīng)用D.西南交通大學(xué)，2016.2 陳民玉.下一代WLAN系統(tǒng)中基于新型導(dǎo)頻圖案設(shè)計(jì)的頻偏糾正技術(shù)研究D.西南交通大學(xué)，2016.3 楊帆，張小松，明勇.基于非合作博弈的OFDMA-WLAN系統(tǒng)資源分配算法研究J.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2016，43（6A）：319-321；347.4 蘇紅梅，SUHongmei