OFDM系统同步技术研究

在下图中图（a）和图（b）表示了定时偏差分别为定时点落在循环前缀内和定时点落在循环前缀外情况下接收信号的星座图。图(a)中,接收端接收到的数据只发生相位旋转,在星座图上表现为一个圆；图(b)中,星座图上数据的幅度和相位都发生变化,数据散开,星座图分散严重。

图4-2　　定时偏差下的星座图

可见,若同步定位在循环前缀内,即位于没有受到邻近的符号干扰的范围内,只是之后的接收数据在星座图上发生了相位的旋转,这可以通过信道均衡进行纠正。但如果符号定时估计超出了这个范围,那么不仅仅子载波间的正交性受到破坏,而且引入了符号间干扰。

图下所示为在 AWGN 信道下，对于信噪比SNR在5dB，10dB，15dB，20dB和25dB的条件下，分别仿真了对0至0.1 归一化定时偏差时输出信噪比进行的仿真图。

图4-3　　定时偏差对信噪比的影响

从仿真结果表明，定时偏差越大，信噪比损失越多，特别是在归一化定时偏差为0.1时，输出信噪比下降值大于20d B。从仿真结果还能看出信噪比越大，对定时偏差越敏感。

4.3.2　频率偏差影响仿真

图4-4（a）和图（b）分别为整数倍频偏和小数倍频偏下接收信号的星座图。

图4-4（a）和图（b）为系统分别在整数倍频偏和小数倍频偏下接收信号的星座图。

（a）　　整数频偏下的星座图　　　　　　　（b）　　小数频偏下星座图

图4-4　　频率偏差下的星座图

图4-4（a）中子载波仍然保持正交,只是相位发生旋转；图4-4（b）中信号的星座图分散严重,信号的相位和幅度都发生变化,子载波正交性遭到破坏。

由仿真图形观察可见,整数部分频偏并不破坏各子载波间的正交性,只是让信号相位发生旋转,使信息符号在子信道上平移。而小数部分频偏则破坏各子载波间的正交性,会造成子信道干扰。

上述分析都是定性的分析了载波频率偏差对OFDM系统的影响，下面从系统

的输出信噪比方面量化的分析载波频率偏差对系统性能的影响。

对SIR 随归一化载波频率偏差的影响进行仿真，当归一化载波频偏从-1

至1变化时，SIR 的变化如下图所示。（载波频偏与信号干扰比的关系）

图4-5　　载波偏移与信号干扰比的关系

从图中可以看出信干比随着载波频率偏差的增加剧烈减小，并且在归一化载波频率偏移为±1 时，信干比非常小，此时说明有用信号已经完全被干扰信号所淹没。

下图分别仿真了在无频偏下信噪比分别为5d B，10d B，15d B，20d B，25d B 时，归一化载波频偏从 0 到 0.5时对输出信噪比的影响。

图4-6　　载波频偏对输出信噪比的影响

从图中可以看出，随着载波频偏的增大，输出信噪比损失越来越大，特别是归一化载波频率偏差为 0.5 时，输出信噪比已经接近 0dB了，此时将会对系统的解调误码率造成影响。

载波频率偏差破坏了OFDM 系统中载波之间的正交性，引入了载波间干扰（ICI），使得接收信号的相位和幅度都受到影响，从而影响系统的性能。在单载波通信系统中，载波频率偏差引入的相位偏差可以利用均衡等方法消除，而对于 OFDM 这样的多载波系统来说，由于多载波信号频谱之间的叠加区分就是利用了子载波之间的正交性，因此，准确的载波频率同步可以确保子载波之间具有良好的正交性，对系统尤为重要。

4.3.3　结论

通过仿真结果可以看出,各种同步偏差对系统性能的影响是不同的。载波频率偏差不但引起了接收信号相位的旋转,而且也带来了信号幅度的变化,从而导致子载波间的干扰。对符号同步偏差的要求相对宽松些,符号的定时偏差只要落在循环前缀内,只会对相位造成偏移，就不会引起干扰,只要进行相位补偿即可。