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OFDMA系统同步技术综述:全面教程
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更新于2024-07-15
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本文是一篇关于OFDMA(正交频分多址)系统同步技术的综述论文,随着宽带无线接入需求的激增,OFDMA已经成为新兴标准的重要组成部分。OFDMA的基本原理虽然直观,但在实际系统设计中却面临诸多挑战,其中同步是物理层设计的关键因素。作者们旨在通过这篇详尽的教程性质的综述,深入探讨OFDMA系统中的同步问题及其对系统性能的影响。 首先,文章阐述了同步错误对OFDMA系统性能的显著影响,包括信号干扰、误码率上升以及效率降低等问题。为了实现下行链路中的时间同步和频率校准,作者列举了一些常见的方法,如载波相位估计、时钟恢复算法、以及基于多用户检测的同步策略。这些方法着重于在多个用户共享带宽的环境中,确保数据的有效传输。 然后,文章转向了上行链路同步的复杂性。由于每个用户的时间和频率误差特性各异,基站需要同时估计大量未知参数,这增加了同步的难度。研究者们提出了自适应同步算法和联合参数估计技术,以适应这种复杂性。此外,如何有效地利用这些估计值来纠正上行的定时和频率误差也是讨论的重点。 在论文的最后部分,作者根据IEEE 802.16标准的无线城域网应用场景,对比了所审查的同步方案,分析了各自的优缺点,并讨论了未来的研究方向,例如低功耗同步、抗多径干扰同步算法和多标准兼容性等。 这篇综述论文不仅涵盖了OFDMA系统同步的理论基础,还提供了实用的设计策略和方法,对于理解OFDMA系统中的同步问题以及优化其性能具有重要的参考价值。通过深入学习,读者可以掌握OFDMA系统设计中的同步关键技术,为未来的通信系统开发和优化打下坚实的基础。
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A useful indicator to evaluate the effect of timing errors
on the system performance is the loss in the SNR. This
quantity is defined as
ðÞ¼
SNR
ðidealÞ
SNR
ðrealÞ
(12)
where SNR
ðidealÞ
is the SNR of a perfectly synchronized
system and SNR
ðrealÞ
is the SNR in the presence of a timing
offset. Assuming a normalized channel response with
unit average power (i.e., EfjHðnÞj
2
g¼1) and letting
D
2
¼ Efjd
i
ðnÞj
2
g,wehaveSNR
ðidealÞ
¼ D
2
=
2
w
from (7).
On the other hand, since the three terms in the right-
hand-side of (11) are statistically independent, it follows
that SNR
ðrealÞ
¼ D
2
2
ðÞ=½
2
w
þ
2
I
ðÞ. Substituting
these results into (12) yields
ðÞ¼
1
2
ðÞ
1 þ
2
I
ðÞ
2
w
: (13)
Fig. 5 illustrates ðÞ (in decibels) versus timing
error for N ¼ 256 and some values of D
2
=
2
w
.The
channel is Rayleigh fading with length L ¼ 8andan
exponentially decaying power delay profile as given in (5).
A CP of length N
g
¼ 16 is appended to the transmitted
blocks. At each simulation run, a new channel snapshot
is generated and the results are numerically averaged
with respect to the channel statistics. For a given timing
error, we see that ðÞ increases with D
2
=
2
w
. This can
be explained by the fact that at low SNRs the main
impairment is represented by thermal noise and the
impact of synchronization errors becomes less evident.
The results of Fig. 5 indicate that, to keep the SNR de-
gradation to a tolerable level of less than 1.0 dB,
the residual error after timing correction should
be limited to a few percents of the block length. As
discussed earlier, no IBI is present at the DFT output as
long as N
g
þ L 1 0. In this case, we have
SNR
ðrealÞ
¼ SNR
ðidealÞ
,sothatðÞ¼0dB. The re-
quirement of the timing synchronizer is therefore
determined by the number of samples by which the CP
exceeds the CIR duration.
B. Effect of Frequency Offset
A carrier frequency offset produces a shift of the
received signal in the frequency domain and may result in
a loss of mutual orthogonality among subcarriers. To better
explain this concept, we assume ideal timing synchroni-
zation (i.e.,
b
¼ ) and compute the DFT output
corresponding to the ith OFDMA block in the presence
of a frequency error ". After performing standard
manipulations, we obtain
R
i
ðnÞ¼e
j’
i
X
N1
p¼0
HðpÞd
i
ðpÞf
N
ð" þ p nÞþW
i
ðnÞ (14)
where ’
i
¼ 2i"N
T
=N and f
N
ðxÞ is defined as
f
N
ðxÞ¼
sinðxÞ
N sinðx=NÞ
e
jxðN1Þ=N
: (15)
Fig. 4. Partial overlapping between received blocks due to multipath dispersion.
Morelli et al.: Synchronization Techniques for Orthogonal Frequency Division Multiple Access
1400 Proceedings of the IEEE |Vol.95,No.7,July2007
Authorized licensed use limited to: Xian Jiaotong University. Downloaded on May 21,2020 at 15:37:39 UTC from IEEE Xplore. Restrictions apply.
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mengyue1009
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