無線通信中的OFDM技術及同步問題研究

王中杰

【摘要】 0FDM技術及其同步技術在無線通信中是非常關鍵的問題。本文以無線通信為研究對象，著重分析和探究了OFDM技術及同步問題。首先對OFDM技術概述以及其技術基礎進行了研究和闡述，其次，分析從OFDM系統同步模型以及OFDM同步算法這兩個方面對OFDM系統中的同步技術進行了分析和探究。希望能夠通過本文對于OFDM技術及同步問題的研究，能夠為無線通信技術的發展提供一定幫助作用。

【關鍵字】 無線通信 OFDM技術 同步技術

引言：目前，OFDM技術是無線通信領域的關鍵技術以及最具潛力技術之一。與其他無線傳輸技術相比，它具備自己獨特的優勢，適用于高速無線傳輸系統，目前已經在HDTV、無線寬帶接入、無線局域網以及DVB等系統中得到廣泛應用。因此，加大對無線通信中OFDM技術的研究和分析將具有十分重要的現實意義。

一、OFDM技術概述及技術基礎分析

1.1OFDM技術概述

OFDM，即正交頻分復用技術，具有較高的頻譜利用率，能夠實現更多數據的傳輸，屬于一種多載波調制技術。在無線通信中，作為一種特殊的多載波通信技術，OFDM技術的子載波間是相互正交的，各子載波信號通過疊加之后再進行符號的輸出，且可通過QAM或者PSK的調制方式來進行每個子載波信號的調制。FDM是傳統的頻分復用技術，其采用的也是傳統的多載波調制技術。而OFDM技術則是采用新的多載波調制方。與FDM技術相比，OFDM技術能夠在相同的頻帶寬度上進行更多數據的傳輸，實現頻帶利用率的提升。

1.2 OFDM技術基礎

OFDM采用的是一種多載波調制方式，基本的技術基礎就是通過串并的方式將高速率的信源信息流變換成低速率并行數據流，進而在相互正交的子載波上將這種數據流進行調制，再累積相加這些調制信號，最后發射信號。

基于時域的角度來看，OFDM在傳輸多個符號時，采用并行方式能夠增加碼元的持續時間，從而能夠實現對時間彌散性最大程度的減弱，而這種彌散性是由無線信道的多徑時延擴展產生。同時，OFDM技術將循環前綴插入符號之間，不僅能夠有效避免由于多徑效應而產生的符號之間的干擾，而且還能夠對子載波間正交性的影響實現有效控制，這種正交性是由于多徑信道環境中因保護間隔的插入而產生的，而OFDM技術能夠有效避免這種影響。

基于頻域的角度來看，OFDM技術具有多個正交子信道，且采用并行傳輸正交子載波的方式，也就是整個分配信道被多個較窄的正交子帶和所占據。雖然總的信道具備頻率選擇性，但是每個子信道具有一定的平坦性，且與信道相關帶寬相比，信號帶寬較小，這樣技術就能夠實現在每個信道上進行窄帶傳輸，能夠有效克服信道的頻率選擇性衰落。另外，OFDM技術中子載波之間是相互正交的，這就可以通過一定的帶寬，實現系統容量的有效提高。

二、OFDM技術的同步問題分析

2.1 OFDM 同步模型分析

同步技術在無線通信領域中是非常關鍵的技術，其在OFDM系統中同樣重要。下圖為OFDM系統同步模型圖：

如上圖所示，OFDM系統對于其信號的處理過程分為三個同步問題：第一，符號定時同步（FFT窗口準確位置的符號）；第二，樣值同步（數模與模數轉換時的時鐘采樣值）；第三，信道載波頻率同步（發射端和接收端的載波頻率）。同時OFDM系統同步模型也對每個同步在系統中的位置進行了表示。

2.2 OFDM 同步算法分析

1、非數據輔助算法

從信號的發送一直到其接收，在整個過程中，非數據輔助算法指的是這一過程不使用任何輔助符號而進行同步。這種算法通常是對自身循環前綴的使用來進行定時同步的。由于循環前綴在OFDM系統中的加入，使得前后數據都與其符號有了關系，這樣就可以利用關系進行定時同步。如果處理理想的信道環境下，非數據輔助算法的性能非常好，但是如果處于多徑衰落信道下，這種算法就不能克服ISI的影響，其性能的發揮也很差。

2、數據輔助算法分析

數據輔助算法是在OFDM符號中插入同步的訓練符號序列，其插入的位置一般是在一個或者一段 OFDM 符號的前面。加入訓練符號序列之后雖然會降低傳輸速率，但是卻能完成信道估計和同步估計。因此數據輔助算法能夠針對不同的業務需求，來選擇不同的訓練符號。與非數據輔助算法相比，數據輔助算法能夠實現多徑衰落信道中的較好的估計性能，因此其對于無線通信系統而言，更加適合。

3、訓練序列同步算法

發送信號的訓練符號在OFDM中是重復的，而且符號經受了相同的頻率偏移，這就使得相位差產生，即一個可以通過計算得到的相位差。訓練序列同步算法的下一步計算可以根據得到的相位差來進行頻偏估計。通過對重復發送的訓練符號數據塊進行捕獲和處理，接收端就能夠得到頻率偏移估計并同時獲得符號定時估計。

三、結束語

隨著科技的發展，時代的進步，無線通信逐漸由早期用于傳輸語音數據的功能擴展到各個領域。現在智能移動電話已經在移動通信中得到了廣泛應用，并且隨著用戶要求的不斷提高，無線通信在數據傳輸速度方面的發展也越來越快。通過本文對無線通信中OFDM技術以及同步問題的分析和研究，希望能夠為促進無線通信行業的發展起到一定積極作用。

參 考 文 獻

[1]石鈞.OFD無線通信系統信道估計及自適應算法的研究[J].北京郵電大學，2012-04-20

[2]姚志強；羅荊；丁躍華；裴廷睿.分布式MIMO-OFDM系統幀同步性能分析[J].電子學報，2013-10