基于OFDMA的同步算法研究

海玲

摘 要：文章首先分析了基于OFDMA的通信系統同步算法功能實現原理，從概念和原理兩部分進行展開。在此基礎上重點探討實現OFDMA同步運算的技術方法，并對子載波信號收發機結構做出詳細論述，幫助明確同步算法應用中需要改進的部分，從而達到最佳運算控制效果。

關鍵詞：OFDMA；同步算法；頻偏估計

中圖分類號：TP30 文獻標識碼：A

Abstract：The paper first analyzes the function implementation principle of the communication system synchronization algorithm based on OFDMA，from the two aspects of the concept and the principle.This paper mainly discusses the technical methods to implement the OFDMA synchronization algorithm，and elaborates on the structure of the sub-carrier signal transceiver，which helps improve the synchronization algorithm，so as to achieve the best effect of operation control.

Keywords：OFDMA；synchronization algorithm；frequency offset estimation

1 引言（Introduction）

OFDMA屬于一種同步并行數據信息傳輸系統，能夠對傳輸中的數據進行速度轉換，或者根據數據接收模塊功能需求進行疊加處理，在功能上與數據使用參數系統保持一致。不同速度數據疊加之后形成信號波形圖，如圖1所示。

重疊多載波中包含多種波形特征，所涵蓋數據信息也更全面。重疊多載波屬于整體波動，實際使用中需要將其拆分成為多種形式，分別在傳輸中表示不同信息，接收到信息后根據頻帶不同來區分最終的指令，達到算法與實際波形變化同步的形式[1]。此外，OFDMA中還引入了保護間隔（GuardInterval）。當保護間隔長度大于最大多徑時延擴展時，可以完全消除由于多徑帶來的碼間干擾影響。如果采用循環前綴（CP）作為保護間隔（圖1），還可以避免由于多徑傳播帶來的信道間干擾（ICI）[2]。

2 OFDMA概述（OFDMA introduction）

2.1 OFDMA信號基本原理

信號傳輸為提升效率，保障最安全的數據結果，會在接收前將串聯信號整理成為并聯形式，進入到OFDMA信號調試階段，調試需要改變信號連接形式，轉化成為并聯模式，這樣有助于同步算法應用開展，調試處理結束后進入到最終的串行狀態下，這樣最終的管理效果才不會受到影響[3]。解調部分在信號獲取階段具有先后順序，首先會獲取子載波上的信號，再進行數據信息傳輸模式之間的轉變，實現對信息數據之間的轉變，數據信息處理是解決當前解決問題的有效方法，建立在良好信息處理環境下開展后續任務效率才能得到提升。OFDMA信號調制是將經過星座映射后的數據符號調制到若干相互正交的子載波上。在調制之前需要將串行的數據符號變成并行的，調制后再疊成變成串行的，OFDMA解調則是先獲取子載波上的數據符號信息后，再將數據由并行變成串行。

2.2 信號收發機結構

觀察圖2可以發現，上面介紹的OFDMA調制和解調相對復雜，需要大量正弦波發生器、濾波器、調制及相干解調器。收發機使用功能實現需要達到抗干擾效果，多路徑信號傳輸干擾現象產生的概率也會增大，OFDMA信號收發機結構中會設置信號符號之間的隔離保護，使獨立的信號之間產生間隔，這樣的在傳輸中彼此之間也不會產生干擾。根據上圖顯示可以發現，信號之間間隔的長度用Tg，能夠大于最大時延擴展，在路徑選擇中才不會出現干擾，同時也更有利于效果提升。子波干擾預防采用填充前綴信號的形式進行，延時時間設置合理，收發機在信號接收穩定程度上也會提升，將數據信息傳輸到指定區域內。

2.3 OFDMA功能實現的關鍵技術

對于功能中所存在的風險隱患控制問題，設計期間會重點從評估角度進行預防，改變信號傳輸過程中的傳輸模式，降低干擾因素所造成影響。信號收發機設計是技術的關鍵部分，對于常見使用安全性問題，在設計過程中要從多個角度分析，排除傳輸階段干擾造成后進入到更深層次的風險評估，對收發機部分加強理論性研究控制[4]。決定功能是否能夠高速實現，首先要保障信息的安全程度，確定載波系統運行模式，單項載波與雙向載波之間更好的結合轉換，保障信道對數據信息的傳輸速度，這樣開展各項控制計劃中才不會影響到最終安全性。子信道疊加期間會產生部分信號信息覆蓋情況，在同步運算處理中避免出現信息遺漏，確保所處理的信息與實際傳輸數量保持一致，這樣各項控制計劃也能順利開展。功能隱患在設計中便應該控制避免，繼續深入傳輸才不會受到影響。多普勒頻移技術應用后對信息傳輸波形捕捉更為精準，在同一頻率的信號傳輸上，最終結果準確程度也能達到標準，將信號傳輸以波形圖展現出來，方便技術人員對同步運算進展情況隨時查看。

3 OPDMA系統實現同步運算的研究（Study on the

synchronization algorithm based on OFDMA）

3.1 基于訓練序列的延時相關算法

同步運算在時間上要與系統保持一致，采用自動化方法來幫助提升系統運行穩定性發現現場使用安全問題后及時探討解決規劃措施。定時運算需要掌握系統運行控制期間可能會產生的時間間隔過長現象，加強系統內部強化控制，在程序設計匯編中確定最適合的間隔時間[5]。實現同步預算需要保障信息傳輸部分與現場控制模塊之間的結合程度，信息處理穩定性提升后接下來的各項運行控制計劃也能保證開展積極性，達到最終的管理運算效果。同步算法中需要解決系統運行遇到的管理問題，風險評估體系使用前先進性檢驗，是否能夠是實現對信息傳輸環境風險的預知與控制管理。采用如下公式來對同步運算間隔時間進行確定，M（d）=P2（d）/C2（d），運算期間系統會自動進行起始位置定位，對于比較常見的運行穩定性問題，通過協調技術性問題并應用解決方案，能夠將同步算法與自動化系統相互結合[6]。公式應用結合信息傳輸不同環境進行，發現現場安全隱患問題后通過這種相互配合措施能夠得到解決。確定同步運算方法后，進入到接下來的控制模塊中，軟件設置配合硬件系統進行，實現軟件與硬件之間相互結合。endprint

3.2 基于循環前綴的定時同步算法

設置信息傳輸通道循環過程中，可以通過設置前綴的方法來提升最終系統運行配合穩定性，在使用功能上達到更理想的效果。前綴設計在計算方法上要與運算模式保持一致，這樣的理念下開展各項信息傳輸控制才能保障最終結果穩定。同步算法中應用循環前綴模式，會先針對循環范圍做出確定，觀察不同使用模式下是否存在可能會影響循環進行的參數因素，對數據信息進行整合，進入到控制階段[7]。前綴數據需要根據傳輸不同位置做出改變，循環前綴設置后信息傳輸通道在時間間隔上會做出改變，對獨立的信息傳輸頻帶起到隔離控制效果，循環過程發展迅速，提升系統使用穩定性后進入到綜合發展層面，這樣的環境中也能避免在功能上受到影響。利用這種同步算法，能夠實現信息指令重復傳輸，滿足控制系統使用安全性，同步算法中應用這種方法有利于數據傳輸提升安全性，通過這種方法來建設解決也十分重要。OFDMA符號在定位傳輸中出現偏差需要繼續深入調節，通過程序匯編來實現這一方面任務，數據傳輸中攜帶信息，利用所攜帶的信息來進行更深入設計，最終效果也十分明顯。在設計中需要針對偏移情況進行時間間隔誤差定位，了解實際偏差情況，并配合技術性方法來控制解決，這樣在問題解決能力上才不會受到影響。不同偏移情況具有含義上的差異性，運算公式確定中體現出這種特征。

4 多用戶OFDMA系統頻偏補償及用戶分離算法

（Multi-user OFDMA system frequency offset

compensation and user separation algorithm）

4.1 頻偏時域補償算法

頻偏時域補償算法也屬于同步算法中的一種，建立算法應用環境，針對多用戶采用OFDMA補償算法的形式來滿足通信需求，需要建立在系統誤差補償基礎上，觀察是否存在可能會影響到功能進展的實際情況。頻域計算中需要確定一個固定的運算環境，并觀察在系統中是否存在影響問題，頻域發生偏差時采用特定的計算方法能夠補償并對信息填充完整，從而達到最佳控制效果。時域補償中需要集合算法開展，多用戶在應用通信系統中對網絡環境信息傳輸需求更大，簡單的隔離方法并不能確定信息準確程度，采用頻偏時域補償方法來計算，信息數據傳輸中損耗的部分在補償技術下能夠自動填補。數據信息補償后繼續開展的運算任務，在結果準確程度上可以達到使用規定。這種同步補償算法的實現過程見圖3。

圖3可以發現多用戶運行模式下，每個用戶都是獨立存在的，同步補償運算也需要獨立進行，這樣才能避免干擾問題出現影響到最終的系統控制能力，當前頻域計算管理中存在的各類問題，建立管理積極性也有很大幫助。這種同步算法采用重復原理實現功能，首先針對一個用戶的偏差問題進行糾正，運算過程中系統內會自動總結經驗，并將經驗數據整理后與其他需要頻偏補償的部分進行糾正，對比運算可以節省大量時間，并幫助提升系統運行管理效率。對于運算偏差采用這種經驗補償是提升問題解決方案的有效措施。多用戶所發生的頻偏誤差時如果情況大致相同，所捕捉到的波形也沒有明顯變化，此時可以將運算公式按照數量相乘，避免最終信息結果受到影響，OFDMA對正交頻進行多地址劃分，技術原理上符合多用戶對控制系統的使用需求，在此環境中開展各項控制計劃之間的相互整合，快速確定適合的最佳算法，對提升問題解決效率也有很大幫助。上圖中表示的重復運算部分，需要建立起可持續發展技術方法，在技術層面上與管理計劃之間相互結合，實現重復運算并為所開展的計算方案創造一個切實可行的技術性方案。

4.2 頻偏補償算法

該種同步算法在技術原理上與頻偏時域補償有相同之處，但具體運算還需要建立一個長期控制模式，在不同算法支持幫助下形成一個高效的信息處理模式。數據在獨立傳輸中雖然已經進行了彼此之間的隔離處理，但受傳輸環境影響仍然可能會造成技術性問題。對此采用頻偏補償算法，隨著數據傳輸根據反映波形中所體現出的頻域偏差來計算出最終解決方案，將誤差補償后再進行更深入的數據傳輸，這樣進入到信號接收端的信息在安全性上可以達到最佳效果，這一點也符合當前的技術性發展需求，能夠達到最佳控制管理效果。有關于頻域算法與現場控制之間的技術結合，要考慮功能實現是否穩定，任何時刻都要將數據傳輸中風險降低放在首位。造成數據頻偏現象的可能性降低后，接下來開展各項控制計劃也能更高效進行從，幫助節省同步算法應用所需時間。頻偏現象一旦發生如果不能解決最終接收到的傳輸信息也將是無效的，并不能達到最佳效果。

4.3 基于OFDMA同步算法的仿真實驗

掌握同步算法應用原理和不同情況解決措施后，需要對所建立的系統進行仿真實驗。確定一部分子載波用于仿真實驗開展，分別計算處于不同環境下開展控制是否會對子載波數據傳輸造成影響，排除環境中所存在的干擾影響后進入到更深層次的研究控制層面。同步算法仿真實驗進行要模擬真實的數據信息子載波傳輸情況，檢驗信息傳輸技術應用后是否在功能上更加穩定，配合相關風險預防措施進行。仿真實驗進行后發現在文章所提出的幾種同步算法中，存在需要繼續深入完善的內容，在對子載波進行獨立隔離時仍然不能完全避免風險問題發生，這樣不能滿足高端用戶對系統使用需求，需要從算法仿真完善中繼續加強。子載波傳輸信號隔離可以先劃分類型后進行，這樣能夠幫助避免產生影響功能隱患的問題，并為管理計劃開展建立一個更高層次的安全環境，實現數據信息之間的高速率傳輸。

5 結論（Conclusion）

OFDMA系統相對于傳統的點對點的OFDMA系統，同步技術有著新的難點，因為首先由于接收到的是多用戶的復合信號，各個用戶的衰落和經過的信道特征不同，所以他們的定時和頻偏都是各不相同的，因此傳統單參數的同步估計問題演變成了多參數的估計問題，其次，對定時和頻偏的補償也變得更加復雜，因為對一個用戶的數據進行補償可能會影響其他用戶的信息。研究了基于子載波塊狀分配的OFDMA系統的頻偏估計算法，分析了不同訓練序列分配下的OFDMA系統頻偏估計性能。得出連續分配的訓練序列的多用戶OFDMA系統可以比交織分配的訓練序列的系統得到更好的頻偏估計性能。同時也對基于子載波交織分配的OFDMA系統的頻偏估計算法進行了研究和仿真，仿真結果表明該算法可成功的估計出基于子載波交織分配的多用戶OFDMA系統的各用戶的頻偏估計信息。

參考文獻（References）

[1] 任露.OFDMA資源分配與同步技術研究及其在IEEE 802.

11ax系統下的應用[D].西南交通大學，2016.

[2] 陳民玉.下一代WLAN系統中基于新型導頻圖案設計的頻偏糾正技術研究[D].西南交通大學，2016.

[3] 楊帆，張小松，明勇.基于非合作博弈的OFDMA-WLAN系統資源分配算法研究[J].計算機科學，2016，43（6A）：319-321；347.

[4] 蘇紅梅，SUHongmei.基于OFDMA的下一代WLAN無線資源分配研究[J].互聯網天地，2016（4）：37-42.

[5] 劉紫燕，等.基于改進智能水滴算法的多用戶OFDMA系統資源分配[J].電訊技術，2017，57（2）：161-166.

[6] 劉紫燕，等.基于改進智能水滴算法的多用戶OFDMA系統資源分配[J].電訊技術，2017，57（2）：161-166.

[7] 穆欣，郁進明，劉微.約束性遺傳算法的OFDMA毫微微蜂窩動態頻譜分配[J].電子測量技術，2017，40（1）：184-188.

[8] 歐陽龍，等.基于CRQP的多小區OFDMA系統聯合資源分配算法[J].計算機工程與應用，2017，53（5）：121-127.

作者簡介：

海 玲（1982-），女，碩士，講師.研究領域：信號檢測與處理，計算機網絡.endprint