LTE基础原理与关键技术 作者 曾召华_ 第5章.pptVIP

　　符号定时同步和载波频率同步是通信系统中比较关键的问题。对于单载波系统，载波频率的偏移会对接收信号带来一定的幅度衰落和相位旋转的影响，这些影响可以通过均衡方法加以克服。而作为多载波系统的OFDM系统，由于其输出信号为多个正交子载波信号的叠加，符号的性能受载波频率的偏移比单载波系统更加敏感，因此，子载波之间的正交性是接收端进行OFDM解调的关键。载波频率的偏移会破坏子载波间的正交性，带来载波间干扰(ICI)。对于无线通信来说，无线信道的时变性会或多或少地影响载波频率，使其发生偏移，从而破坏OFDM系统内子载波之间的正交性。 因此，如何利用同步算法降低定时和载波频率的不同步对系统性能的影响，是OFDM系统的关键技术之一。 　　　　OFDM符号由多个子载波信号叠加构成，各个子载波间利用正交性来区分，因此确保这种正交性对于OFDM系统来说是至关重要的。OFDM系统最主要的问题之一就是对同步误差非常敏感。微小的同步误差可能引起符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)，从而极大地损害系统的性能。因此OFDM系统的关键技术之一就是同步技术。OFDM系统的同步包括帧同步、载波同步、符号同步(确定FFT窗口的边界)和采样同步。 　　总的来说，OFDM系统的同步可以分为时间上的同步和载波频率同步。其中时间同步包括帧同步及符号同步；而频率同步包括载波同步和收、发两端的采样频率同步。 5.1.1 频率偏差对OFDM系统的影响　　发射机与接收机之间的频率偏差及终端运动所产生的多普勒偏移都会导致接收信号在频域内发生偏移。　　一方面，收、发两端的频率偏差使得每一个时间t上的信号样本都包含有未知的相位因子ej2πΔfct，其中Δfc表示载波频率偏差。如果频率偏移值是子载波间隔的整数倍，此时虽然子载波之间仍然能够保持正交，但是频率采样值已经偏移了m(m为偏离的整数倍数)个子载波的位置，会造成映射在OFDM频谱内的数据符号在接收端的解调误码率高达0.5。 如果频率偏差不是子载波间隔的整数倍，则在子载波间就会存在能量的泄漏，导致子载波之间的正交性遭到破坏，从而在子载波之间引入干扰，使得系统的误码率性能恶化。　　另一方面，由于发送端和接收端的采样时钟并不一致，导致接收端对接收信号进行采样之后得到的各个信号样本都会在一定程度上偏离正确的采样时间，而且这个偏差会随着样本数量的增大而线性累加。OFDM系统因为符号持续时间较长，所以对时间偏差并不敏感。尽管时间偏差同样会破坏子载波之间的正交性，但通常情况下可忽略不计。当采样错误可以被校正时，即可通过内插滤波器来控制其在正确的时间上进行采样。 频率偏差造成的ICI功率分析　　在接收端对接收信号进行同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。由于收、发两端的本地振荡器提供的频率之间通常存在着偏差，同时信道经过无线信道传输后，其多普勒效应会造成信号载频发生变化，因此在接收端要首先实现载频同步。　　图5.1.1给出频率偏差对子载波干扰水平的影响示意图，理想无频率偏差情况参照图(a)所示，此时各子载波间不会存在相互干扰；而图(b)则表示存在频率偏差时，子载波之间就会存在相互的干扰。 　　 图5.1.1 频率偏差对子载波干扰水平的影响示意图 　　接下来从数学角度具体描述频率偏差对OFDM系统子载波间干扰水平大小的影响。　　OFDM系统中子载波的正交性表明其频域子载波间存在一种精确的数学关系。假定OFDM符号内第p个子载波的发射脉冲为 第q个子载波的发射脉冲为ψq(t)＝exp (T为OFDM符号周期)，则载波间的正交特性如下式所示(其中上标*表示共轭):  (5.1.1) 假设这两个子载波间受到频率偏差Δf的影响，则将第q个子载波的接收信号写为其中δ＝Δf·T表示在子载波间隔1/T归一情况下的频率偏差值，且满足|δ|≤1/2。因此在子载波p与q间引起的ICI如下式所示:  (5.1.2)其中，m＝q－p表示子载波间隔大小。 　　进一步地，可得其ICI水平的幅度值为 (5.1.3) 根据式(5.1.3)可以得到频率偏差在不同间隔的两个子载波间所产生的互干扰幅度水平，如图5.1.2所示。 　　 图5.1.2 频率偏差在不同间隔子载波间产生的互干扰 　　更进一步地，假设各子载波之间是不相关的，各个子载波之间总的ICI的功率值可以表示为(N为子载波数目) (5.1.4)式(5.1.4)可以用来考察各个子载波在不同频偏下受到所有其他子载波的干扰之和，即ICI在整个子载波范围内的分布情况，因此可得到图5.1.3。 　　 图5.1.3 不同频率偏差导致的ICI分布情