ofdm系统频偏估计与补偿

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1、http://www.paper.edu.cnOFDM系统频偏估计与补偿王欢北京邮电大学通信与信息系统，北京(100876)E-mail：huan-1116@163.com摘要：本文首先介绍了移动通信发展简史，从而引申出后三代移动通信的研发现状及核心技术——OFDM。由于OFDM是多载波调制，面临的最大的问题就是同步问题，解决频率偏移是解决同步问题的关键，所以接下来本文从系统频偏产生的原因及在模型中产生的方法，多普勒频移产生的方法等方面来阐述，对于载波频率偏移，通常采用先估计频率偏移再进行载波频率校正的方法。本文介绍了两种频偏估计的方法——

2、借助于周期性传输已知符号来进行载波频偏的纠正（利用导频的最大似然法）和基于循环前缀的相关估计，并对两种方法的性能作了比较。本论文中所采用的频偏补偿的方法就是直接的频偏补偿，即在DFT之前进行频偏补偿，把上一步估计出的频率偏移又乘到旋转角度上使得频率偏移为零。随后主要阐述在最大似然估计算法下的子载波调制与解调，并与直接进行QPSK调制的性能进行比较。关键词：OFDM，系统同步，频偏估计，频偏补偿，子载波调制1．引言[5]B3G移动通信系统必须具备高速率、高频谱效率、大容量的多媒体数据传输能力。在无线环境下高速数据传输会产生严重的频率选择性衰落

3、，而正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，简称OFDM)技术采用并行传输方式，不仅具有很高的频谱效率，而且可以克服这种频率选择性衰落。可以说，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而后三代移动通信系统核心技术则以OFDM最受瞩目，目前已有不少专家学者针对OFDM技术在移动通信上的应用提出了相关的理论和方案。另外，COMA技术也将会在B3G中得到应用。在已经进行的B3G实验系统中，其核心技术就是OFDM和CDMA。[1]OFDM系统的历史：OFDM是一种特殊的多载波传输技术，它将

4、一个较宽的传输带宽分割成互相正交的多个子载波用于并行传输数据。当然，OFDM也可视为一种调制技术或复用技术。OFDM技术的一个最大优势就是对抗多径衰落。由于整个传输带宽被分成多个窄带的子载波，因而每个子载波内，信号可视为平坦衰落的。在单载波调制系统中，信道的衰落将会影响到整个信号带宽：然而在多载波调制系统中，只有一小部分子载波被衰落。这些由衰落子载波引起的错误可以通过使用纠错码进行纠正。传统的并行传输系统中，整个信号带宽被分成多个并行的非正交的子载波。每个子载波单独调制，整个系统构成了频分复用。两个相邻的子载波之间频谱没有交叠，这样有利于消

5、除子载波间的干扰。然而，这种频分复用方式降低了频谱的利用率。为了提高频偏利用率，在20世纪60年代中期提出了并行传输和带有频谱交朴的FDM的思想，即正交频分复用(OFDM)。正交的多载波机制比传统的频分复用系统的频谱利用率提高一倍。为了减小子载波间的干扰，必须保证子载波间的正交性。课题意义：正交频分复用通信系统是将所传输的数据符号并行调制在若干个子载波上，而所有子载波之间具有严格的正交性，这种并行传输的机制大大地提高了传输效率。另一方面，载波频率偏移会影响子载波之间的正交性，非正交性会使得子载波之间产生严重的子载波间干扰，因此，OFDM系统

6、对载波频率偏移非常敏感。产生载波频率偏移的因素主要有，发射机和接收机之间频率出现同步误差，主要是由发射机或者接收机的振荡器工作频率不稳定引起的载波频率偏移引起的，还有移动台在高速移动过程中Doppler效应引起的载波频率-1-http://www.paper.edu.cn偏移，等等。自从OFDM应用于蜂窝移动通信系统中以来，载波频率偏移问题更为人们所关注。因此频率偏差对OFDM系统非常不利，在系统设计中起着很重要的作用。2．OFDM原理2.1OFDM系统建模的基本原理及结构2.1.1基本原理[3]多载波技术就是把传输的带宽分成许多窄带子载波

7、来并行传输,可以在有限的带宽中获得更高的传输速率。传统的频分复用(FDM)技术中，各子载波之间互不重叠，而且往往还要加入保护间隔，频率利用率不高。而在OFDM技术中，各子载波间是正交的，这样可以使载波间交叠而彼此间又不会因为交叠失真，因而可以节省宝贵的频率资源；同时，输入的串行数据流被分到并行的子信道中，这使得每个子载波的数据周期与原始数据符号周期相比得到延长，从而可以有效的对抗多径扩展。两种技术的原理分别如图1、图2所示。所谓子信道间的正交关系，从时域的角度指每个子载波在一个OFDM符号周期内都有整数倍个周期，且每个相邻子载波间差一个周期

8、；从频域的角度指在每个子载波的中心处（子载波频率的最大值处），其他各子载波的值为零，如图2所示。这样就可以将各子载波排列得很紧密而并不需要用频带将其分割开。图1传统的频分复用多载