無線通信中OFDM技術及同步問題的研究

陳玉章 黑龍江省機場管理集團有限公司

引言：OFDM技術即正交頻分復用技術是目前無線通信領域應用最廣泛的技術之一，它具有高頻譜利用率并且抗多徑性能好等諸多優點，因此適用于無線通信中高速信息流的傳輸。目前，在手機通信、局域網通信以及HDTV等多個領域都應用了OFDM技術，因此對于OFDM技術的研究具有重要意義。OFDM技術具有諸多優點的同時，存在對同步誤差敏感的問題，因此，對OFDM技術的研究離不開對同步技術的研究。

1 OFDM技術的概述

OFDM技術從根本上來講是一種多載波調制技術，它通過相互正交的子載波來傳輸信息，具有較高的頻譜利用率和較好的抗干擾性能。應用OFDM技術進行信號的調制時，首先使高速的串行信號經過串并轉換器轉換為低速的并行信號，并將其調制到相互正交的各個子載波上，作為發送信號發送到信道中。

從時域上來看，OFDM信號在傳輸時為多個并行的低速信息流，因此可以使每個信息碼元的持續時間增長，這就使得信號的抗多徑時延性能增強。并且通過在OFDM數據信號前插入循環前綴，可以進一步抵抗多徑效應的干擾，保證子載波之間的正交性不被破壞。

從頻域上來看，OFDM技術的各個子信道相互正交，與整個信號帶寬相比，各個子信道帶寬較小，使信號在各個子信道上實現窄帶傳輸，有效抑制了頻率選擇性干擾。

2 同步問題分析

OFDM技術具有許多傳統無線通信技術所不具備的優點，但同時也存在對同步誤差敏感等缺陷，因此，研究OFDM技術離不開對其中同步技術的分析。

2.1 同步技術的分類

同步技術可以分為三大類：定時同步、載波頻率同步和采樣始終同步。其中定時同步是為了找到快速傅里葉變換的正確起始位置，找到正確的定時點來接受信號；載波頻率同步是為了保證接收端與發送端的載波頻率保持一致；采樣時鐘同步的目的是保證收發端數模轉化器的采樣時鐘保持一致，來對信號進行正確的采樣。

2.2 同步算法

同步技術是無線通信中的核心技術之一，目前，有許多研究學者針對同步技術進行了研究。現有的同步算法可以分為非數據輔助型同步和數據輔助型同步算法兩大類，第一類是指無需額外插入額外的數據便可以對信號進行同步處理，一般利用OFDM符號的循環前綴來進行同步運算，第二類一般通過在OFDM數據符號前插入訓練序列來實現同步運算，這類算法增加了信息的冗余度，但具有較高的同步精度，特別在無線信道多徑衰落的環境下具有較為優越的性能，因此應用也更加廣泛，下面針對基于訓練序列的同步算法進行詳細的研究。

2.3 基于訓練序列的同步算法

在一幀OFDM符號中，由循環前綴和OFDM數據符號組成，為了進行同步運算，人為的在循環前綴前插入一段已知序列作為訓練序列，通常根據訓練序列的自相關特性，通過對訓練序列進行循環卷積運算，來計算出信號的正確定時點，實現定時同步。在定時完成后，進一步根據信號本身特性便可以得到系統中存在的載波頻率偏移。傳統的基于訓練序列的同步算法有Schmidl算法、Minn算法以及Park算法等，其均采用PN序列作為訓練序列，通過對訓練序列的結構不斷改進來實現更為精確的同步運算。目前，很多傳統同步算法的改進算法已經被提出，除了對訓練序列結構進行改變之外，研究學者們也提出了采用CAZAC序列等作為訓練序列的時頻同步算法。進一步改進中，可以實現對定時同步和載波頻率同步的同時進行，實現時頻聯合同步，該算法基于FrFT以及Randon-Wigner變換等時頻變換實現，使同步精度和效率都得到了提高。

在實際系統中，一方面采樣同步誤差對系統的影響最小，另一方面通過對定時誤差和載波頻率偏移誤差的估計和補償可以在一定程度上對采樣同步誤差進行補償，因此，目前對采樣同步算法的相關研究相對較少，而研究主要集中在定時同步和載波頻率同步上。

3 結束語

OFDM技術是無線通信中的核心技術之一，具有高頻譜利用率以及抗多徑干擾性能強等優良特性，但OFDM信號對同步誤差十分敏感，因此研究OFDM信號中的同步問題十分必要。通過對信號進行定時同步以及載波頻率同步可以使接收端正確接收信號并進行下一步的信號處理，以幫助接收端正確恢復出原發送信號，因此，信號同步是正確恢復原始信號的基礎，OFDM信號同步問題也是無線通信領域重要的研究方向之一。