无线通信中OFDM技术及同步问题的研究

陈玉章 黑龙江省机场管理集团有限公司

引言：OFDM技术即正交频分复用技术是目前无线通信领域应用最广泛的技术之一，它具有高频谱利用率并且抗多径性能好等诸多优点，因此适用于无线通信中高速信息流的传输。目前，在手机通信、局域网通信以及HDTV等多个领域都应用了OFDM技术，因此对于OFDM技术的研究具有重要意义。OFDM技术具有诸多优点的同时，存在对同步误差敏感的问题，因此，对OFDM技术的研究离不开对同步技术的研究。

1 OFDM技术的概述

OFDM技术从根本上来讲是一种多载波调制技术，它通过相互正交的子载波来传输信息，具有较高的频谱利用率和较好的抗干扰性能。应用OFDM技术进行信号的调制时，首先使高速的串行信号经过串并转换器转换为低速的并行信号，并将其调制到相互正交的各个子载波上，作为发送信号发送到信道中。

从时域上来看，OFDM信号在传输时为多个并行的低速信息流，因此可以使每个信息码元的持续时间增长，这就使得信号的抗多径时延性能增强。并且通过在OFDM数据信号前插入循环前缀，可以进一步抵抗多径效应的干扰，保证子载波之间的正交性不被破坏。

从频域上来看，OFDM技术的各个子信道相互正交，与整个信号带宽相比，各个子信道带宽较小，使信号在各个子信道上实现窄带传输，有效抑制了频率选择性干扰。

2 同步问题分析

OFDM技术具有许多传统无线通信技术所不具备的优点，但同时也存在对同步误差敏感等缺陷，因此，研究OFDM技术离不开对其中同步技术的分析。

2.1 同步技术的分类

同步技术可以分为三大类：定时同步、载波频率同步和采样始终同步。其中定时同步是为了找到快速傅里叶变换的正确起始位置，找到正确的定时点来接受信号；载波频率同步是为了保证接收端与发送端的载波频率保持一致；采样时钟同步的目的是保证收发端数模转化器的采样时钟保持一致，来对信号进行正确的采样。

2.2 同步算法

同步技术是无线通信中的核心技术之一，目前，有许多研究学者针对同步技术进行了研究。现有的同步算法可以分为非数据辅助型同步和数据辅助型同步算法两大类，第一类是指无需额外插入额外的数据便可以对信号进行同步处理，一般利用OFDM符号的循环前缀来进行同步运算，第二类一般通过在OFDM数据符号前插入训练序列来实现同步运算，这类算法增加了信息的冗余度，但具有较高的同步精度，特别在无线信道多径衰落的环境下具有较为优越的性能，因此应用也更加广泛，下面针对基于训练序列的同步算法进行详细的研究。

2.3 基于训练序列的同步算法

在一帧OFDM符号中，由循环前缀和OFDM数据符号组成，为了进行同步运算，人为的在循环前缀前插入一段已知序列作为训练序列，通常根据训练序列的自相关特性，通过对训练序列进行循环卷积运算，来计算出信号的正确定时点，实现定时同步。在定时完成后，进一步根据信号本身特性便可以得到系统中存在的载波频率偏移。传统的基于训练序列的同步算法有Schmidl算法、Minn算法以及Park算法等，其均采用PN序列作为训练序列，通过对训练序列的结构不断改进来实现更为精确的同步运算。目前，很多传统同步算法的改进算法已经被提出，除了对训练序列结构进行改变之外，研究学者们也提出了采用CAZAC序列等作为训练序列的时频同步算法。进一步改进中，可以实现对定时同步和载波频率同步的同时进行，实现时频联合同步，该算法基于FrFT以及Randon-Wigner变换等时频变换实现，使同步精度和效率都得到了提高。

在实际系统中，一方面采样同步误差对系统的影响最小，另一方面通过对定时误差和载波频率偏移误差的估计和补偿可以在一定程度上对采样同步误差进行补偿，因此，目前对采样同步算法的相关研究相对较少，而研究主要集中在定时同步和载波频率同步上。

3 结束语

OFDM技术是无线通信中的核心技术之一，具有高频谱利用率以及抗多径干扰性能强等优良特性，但OFDM信号对同步误差十分敏感，因此研究OFDM信号中的同步问题十分必要。通过对信号进行定时同步以及载波频率同步可以使接收端正确接收信号并进行下一步的信号处理，以帮助接收端正确恢复出原发送信号，因此，信号同步是正确恢复原始信号的基础，OFDM信号同步问题也是无线通信领域重要的研究方向之一。