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摘要:针对正交频分复用(OFDM)系统,提出了一种在频率选择信道上采用连续传输或突发
操作的快速同步方法。只要接收到两个符号的一个训练序列,就可以检测到信号的存在。
可以找到帧的开始和符号的开始,并且可以纠正许多子信道间隔的载波频率偏移。该算法
在频率偏移估计方差的 Cram’er-Rao 下界附近运行,并且对许多子载波的固有平均允许在
非常低的信噪比(SNR’s)下进行采集。
在正交频分复用(OFDM)系统中,接收机同步是必须完成的一个重要步骤。本文描述了
一种获取同步的方法,既可以用于广播应用中的连续数据流,也可以用于无线局域网
(WLAN)中的突发数据。在这两种情况下,接收器都必须连续扫描输入数据,并且需要快速
采集。同步开销比特数与消息比特数的比率必须保持在最小,并且需要低复杂度的算法。
OFDM 信号的同步需要找到符号时序和载波频率偏移。OFDM 信号的符号时序明显不
同于单载波信号,因为没有“大开眼界”的地方可以找到最佳采样时间。相反,每个 OFDM
符号有数百或数千个样本,因为必要的样本数量与子载波的数量成正比。找到 OFDM 的符
号时间意味着找到符号开始的位置的估计。当使用循环前缀扩展符号时,通常对符号时序
错误有一定的容忍度。接收机载波频率的同步必须非常精确,否则子符号之间将失去正交
性。OFDM 系统对载波频率偏移非常敏感,因为它们只能容忍子载波之间间隔的一小部分
偏移,而不会导致系统性能大幅下降。
近年来,关于 OFDM 的同步问题已经有了一些研究。Moose 给出了载波频偏的最大
似然估计量,该估计量在进行 FFT 后在频域中计算[2]。他假设符号时间是已知的,所以他
只需要找到载波频率偏移。载波频率偏移的采集范围的限制是子载波间距。他还描述了如
何通过使用更短的训练符号来找到载波频率偏移来增加这个范围。例如,将训练符号缩短
两倍将使载波频率采集的范围增加一倍。这种方法在一定程度上是有效的,但是随着符号
变短,估计会变得更糟,因为要平均的样本更少,并且训练符号需要保持比保护间隔更长,
以便信道脉冲响应在估计频率偏移时不会引起失真。
Nogami 和 Nagashima[4]提出了寻找载波频率偏移和采样速率偏移的算法。它们在一
个符号周期内不传输任何内容时使用空符号,这样就可以检测到接收功率的下降,从而找
到帧的开始。在应用汉宁窗并进行 FFT 后,在频域中发现载波频率偏移。null 符号也在[11]
中使用。使用本文中描述的技术可以避免使用空符号的额外开销。如果使用突发模式而不
是连续传输模式,则很难使用空符号,因为空符号和突发之间的空闲时间没有区别。Van
de Beek[3]描述了一种利用循环前缀的相关性来寻找符号时序的方法。如果使用这种方法
来查找符号时序,而使用前面的一种方法来查找载波频率偏移,仍然存在查找帧的起始位
置以知道训练符号所在位置的问题。Classen 介绍了一种同时寻找符号时序和载波频偏的
方法[5]。然而,它在计算上非常复杂,因为它使用了一种试错法,即在整个采集范围内小
步递增载波频率,直到找到正确的载波频率。在每个可能的载波频率偏移处进行穷举搜索
和大量计算是不切实际的。
本文介绍了对 Classen 方法的一些修改,既大大简化了同步所需的计算,又扩大了载
波频偏的获取范围。本文中的方法避免了使用零符号的额外开销,同时允许载波频率偏移
的大捕获范围。通过使用在半个符号周期内具有重复的一个唯一符号,该方法可以用于数
据的突发,以发现是否存在突发并找到突发的开始。
2。OFDM 原理
OFDM 信 号 是 在 基 带 通 过 对 正 交 调 幅 (QAM) 或 相 移 键 控 (PSK) 子 符 号
进行快速反傅立叶变换(IFFT)产生的(图 1)。在图中,块 P/S 表示并行