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一种基于短时傅里叶变换的OFDM 时间同步方法 邝育军 乐光新 (北京邮电大学 电信工程学院，北京 100876) 摘要 该文提出了一种基于短时傅里叶变换的 OFDM 符号同步方法。该方法通过短时傅里叶变换 得到 OFDM 信号的二维幅度谱，并提取其中的周期平稳时频结构信息，估计出 OFDM 符号的无 ISI 时间区间，并选取该区间的最佳位置作为OFDM 符号起始位置估计。仿真结果表明：该方法 相对于常规的时间相关算法能有效地对抗低信噪比环境。 关键词 正交频分复用，时间同步，循环前缀，短时傅里叶变换 1 引言 由于正交频分复用(OFDM)可以在提高数据传输速率的同时有效地对抗符号间干扰(ISI)， 被广泛认为是高速数字传输的首选调制技术。目前 OFDM 已是欧洲数字音频/ 视频广播 (DAB/DVB)、IEEE 802.11a 无线局域网(WLAN)的核心调制技术，而且有望成为3G Beyond/4G 的关键技术之一。不少文献[1-10]对 OFDM 系统的时间同步作了详细的研究，并提出了各种方 案。L. Wei 和C. Schlegel 等讨论了同步误差和载波频率失步对OFDM 系统性能的影响[1-3] 。J. Beek[4] 得出了一个只依靠循环前缀 (CP: Cyclic Prefix) 的时间和频率偏移最大似然联合估 计；D. Landstrom [5]等推出了一个联合利用CP 和导频信号的最大似然时间偏移估计。目前的 这些OFDM 符号同步方法都是基于时间相关函数峰值检测的最大似然方法。Kuang 等[6]对各 种时域同步机制的定时检测成功率进行了比较分析，指出基于CP 的时间相关算法的正确检测 概率远低于同步训练方法，从而证明使用同步训练序列是非常必要的。另外文献[6]和[7]还显 示出基于时域相关的同步算法的性能严重依赖于OFDM 信号的时域自相关和互相关特性，而 这与信噪比及系统设计参数(载波数目、调制方式、CP 长度)有关。 本文从时频二维域出发，充分利用OFDM 的时频周期结构进行时间同步检测，提出了一 种时频同步估计方法。 2 OFDM 基带系统模型 图1 给出了OFDM 系统的基带模型。在OFDM 系统中，系统带宽B(Hz)被划分为等宽的 N 个子载波，同时符号持续时间扩展为原来的N 倍，即：T N / B N T s( T 1/B s) 。这 s s 样，在发送端数据流被分块、扰码、交织等处理并进行频域调制(QAM 等)之后，插入必要的 导频信号构成N 个符号u k 去分别调制N 个子载波(时域调制) ，这些子载波的叠加信号在插 ( ) 入CP(长度为L)之后形成一个完整的OFDM 符号v n 被馈送到信道；接收机对接收信号进行 ( ) 采样得到r n 后去掉 CP 并进行时域解调之后，利用已知或估计出的信道参数对接收信号进 ( ) 行频域矫正送给频域解调器和译码器恢复原始资料。通常其中的时域调制解调用离散逆傅里 叶变换/离散傅里叶变换(IDFT/DFT)完成。图 2 显示了在信道冲激响应(CIR)长度M L 时的 OFDM 时域信号结构示意。 L L SYMN- 1：表示第N- 1个符号 v n r n ( ) ( ) ˆ