第13讲-OFDM系统的频偏与时偏
时变信道下 OFDM 系统载波频偏估计算法研究
时 变信 道 下 ＯＦ Ｄ Ｍ 系统 载 波频 偏 估 计 算 法研 究
张 军龙 ， 刘 立程 ， 胡 瑞
（ 广东工业大学 信息工程学 院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
摘要 ： 针对时变信道下 Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系统的载波频偏估计 ， 对现有的几类典型载 波频偏估 计算法 的原理和 步骤进行 归纳
制 技术 ， 被 公认 为 未 来 第 ４代 移 动 通 信 系统 的核 心 技术…． 相 对 于单 载波调 制 ， Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系 统对 载 波 频率 偏移（ Ｃ Ｆ Ｏ） 更 加敏 感 ． 频率偏移会破坏 Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系统
子载 波 间的正 交 性 ， 引起 子 载 波 间 的干 扰 （ Ｉ Ｃ Ｉ ） ， 从 而造成 Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系 统 解 调 性 能 的 下 降 和 误 码 率 的提
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｔ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｎ ＇ ｉ ｅ ｒ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｆ ｓ ｅ ｔ（ Ｃ Ｆ Ｏ）ｅ ｓ ｔ ｉ —
ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｓ ａ ｕｓ ｅ ｆ ｕ ｌ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈｒ ｏ ｎｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ
总结 ， 通过对载波频偏估计 的性能仿 真进行 对 比， 分析 其算法 的优劣 ， 以期 为在 时变信道下 Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系统 的频率 同步
OFDM-IDMA系统的迭代频偏估计及补偿
ｕ ｌｆ ｑ ｅ ｃ ｆ ｅ ｎｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ，ａ ｄ ｃｍｐ ｎ ａｅ ｏｒｓ ｎ ｉｇ ｌｓ ｆｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ｉ ｏ ｉ ． ａ ｒｕ ｎ ｙｏ ｓｔｉ ｒｕ ｎ ｙｄ ｍａｎ ｎ ｏ ｅ ｓｔｓｃｒ ｐ ｄｎ ｏｓｏ ｅｆ ｍａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅｏ ｏ ｍｅ ｄ ｍａｎ
ｉｇｃ ｒ ｅ ｙ ｃ ｒｎ ｚ ｔ ｎ ｍｅ ｏ ａ ｅ ｎ Ｃ Ｃ ｉ ｒｔ ｅ ｄ ｔｃｉｎ ｉ ｃｏ ｅ ｔ ｈ ｔｏ Ｆ Ｍ－Ｄ ｎ ａｒ ｒ ｓ ｈ ｉ ｉ ｔ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｂ ｔ ａｉ ｅｅ ｔ ｓ ｌｓ ｏ ｔａ ｆ Ｏ Ｄ Ｉ ＭＡ ｓ ｓ ｍ ｉ ｎ ｏ ａｏ ｈ ｅ ｖ ｏ ｙ ｔｓ ｅ
ＯＤ — Ｍ Ｆ Ｍ Ｉ Ａ系统 的迭 代 频 偏 估 计 及 补偿 ＤLeabharlann 熊兴 中 ， 忠强 郝黎宏２ 骆 ，
（． １四川理工学院 自动化 与电子信息学 院， 四川 自贡 ６３０ ； ． ４００ ２ 中国西南电子技术研究所 ， 成都 ６０ ３ ） １０６
摘
要： 针对 Ｏ Ｄ ＩＭ 系统 中载 波频偏 （ Ｆ ） 来的子 载波之 间的 干扰 问题 ， 出了在各 用户具 Ｆ Ｍ． Ａ Ｄ ＣＯ 带 提
ＸＩ ＮＧ ｎ －ｈ ｎ ， Ｏ Ｘｉｇ ｚ ｏ ｇ ＬＵＯ ｏ ｇ—ｉｎ ， Ｚｈ ｎ ｑａ ｇ ＨＡＯ ｉｈ ｎ Ｌ — ｏ ｇ２
（ ．ｃｏｌ ｆ ｕｏ ａｏ ｎ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｒ ａ ｏ ，ｉ ｕｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅ＆ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ １Ｓｈｏ ｏ ｔ ｔ ｎａｄＥｅ ｒ ｉ Ｉｆ ｍ ｔｎ Ｓ ｈ ａ ｎｖ ｓｙ ｆ ｉ ｃ Ａ ｍ ｉ ｃｏ ｏ ｉ ｃ ｅ ｉ Ｓ ｅ ｎｉｃ ｉ ， ｎ ｎ
ｍｅ ｏ ｍｐｏ ｓｔｅ ｒｃ ｎ ｔｕ ｔｄ ｓｓ ａ ｆｅ ｔｒｏ ｎ ｏｍａｉｎ ａ ｉ ｕ ｌｔａｎ ｎ ｅ ｕ ｎ ｅ ｔ ｓｉ ｔ ｈ ｅ ｉ — ｈ ｔ ｄ ｅ ｌｙ ｅ ｏ ｓｒ ｃｅ ｉｎ ｌｏ ｘｅ ｒｉｆｒ ｔｏ ｓｖｒ ａ ｒ ｉｉｇ ｓ ｑ ｅ ｃ ｏ ｅ ｔ ｈ ｉ ｔ ｍａｅ ｔｅ ｒｓｄ
OFDM基本原理(详细全面)
峰均比降低技术
峰均比定义
峰均比（PAPR）是指OFDM信号的最大振 幅与平均振幅之比。高PAPR会导致信号的 功率放大器出现失真，从而引起频谱扩展 和带内干扰。因此，降低PAPR对于提高 OFDM系统的性能至关重要。
VS
峰均比降低技术
为了降低PAPR，可以采用多种技术，如限 幅滤波、编码、概率密度函数变换等。其 中，限幅滤波是一种简单有效的方法，它 通过限制信号的最大振幅来降低PAPR。然 而，限幅滤波会引入带外干扰和带内失真， 因此在实际应用中需要权衡各种因素。
物联网与智能家居
OFDM技术有望在物联网和智能家居领域得到广泛应用，支持各种 低功耗、低速率的无线通信需求。
频谱共享与认知无线电
通过频谱共享和认知无线电技术，OFDM系统可以更好地利用频谱 资源，提高频谱利用率和系统容量。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
04 OFDM系统性能分析
频域均衡性能分析
频域均衡原理
频域均衡通过在频域上对信号进行预处理，补偿信道对信号 造成的畸变，从而减小信号的误码率。
频域均衡性能影响因素
频域均衡的性能受到信道特性、均衡器设计参数以及信号质 量等因素的影响。
误码率性能分析
误码率定义
误码率是衡量数据传输系统性能的重 要指标，表示接收端错误解码的比特 数与总比特数的比值。
多径干扰抑制
多径干扰
在无线通信中，多径效应会导致信号的传播路径变长，从而引起信号的延迟和衰减。这种延迟和衰减 会导致OFDM子载波之间的正交性被破坏，从而引起多径干扰。为了抑制多径干扰，可以采用频域均 衡技术，对接收到的信号进行滤波处理，以减小多径效应的影响。
信道估计与均衡
信道估计技术用于获取信道的冲激响应，而频域均衡技术则通过调整接收信号的权重，使得信道的畸 变最小化。在实际应用中，通常会采用基于导频的信道估计方法，并在频域中进行均衡处理。
MIMO-OFDM系统原理及其关键技术
MIMO-OFDM系统原理及其关键技术 未来的宽带无线通信系统，将在高稳定性和高数据传输速率的前提下，满足从语音到多媒体的多种综合业务需求。而要在有限的频谱资源上实现综合业务内容的快速传输，需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM（正交频分复用）技术是多载波窄带传输的一种，其子载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。二者的有效结合可以克服多径效应和频率选择性衰落带来的不良影响，实现信号传输的高度可靠性，还可以增加系统容量，提高频谱利用率，是第四代移动通信的热点技术。 OFDM技术原理及实现 无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成多个正交子信道，然后将高速数据信号转换成多个并行的低速子数据流，调制到每个信道的子载波上进行窄带传输。 每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除信道波形间的干扰。由于OFDM是一种多载波调制技术，OFDM系统采用正交方法来区分不同子载波，子载波间的频谱可以相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又极大地提高了频谱利用率。如图1可见OFDM的正交性。
图1 OFDM信号频谱 由于OFDM系统中有大量载波，所以在实际应用中不可能像传统的处理方法一样，使用几十个甚至几百个振荡器和锁相环进行相干解调。因此，Weinstein提出了一种用离散傅里叶变换实现OFDM的方法。
设OFDM信号发射周期为［0，T］,在一个周期内传输的N个符号为(D0，D1，…，DN-1)。第k个符号Dk调制第k个载波fk，所以合成的OFDM信号为: 由式⑤可见，以fs对C(t)采样所得的N个样值(C0，C1，…，CN-1)刚好为(D0，D1，…，DN-1)的N点反向离散傅里叶变换(IDFT)。因此OFDM系统可以这样实现：在发射端，先由(D0，D1，…，DN-1)的IDFT求得(C0，C1，…，CN-1)，再经过低通滤波器即得所需的OFDM信号C(t);在接收端，先对C(t)采样得到(C0，C1，…，CN-1)，再对(C0，C1，…，CN-1)求DFT，即得(D0，D1，…，DN-1)。
法在OFDM系统残余频偏估计和校正中的应用
3.会议论文 彭小勇.肖悦.李少谦 一种新的基于循环前缀的残余频偏纠正算法 2005
本文主要研究了正交频分复用(OFDM)系统中基于循环前缀的残余频偏纠正新算法.对于传统的频偏估计、补偿算法而言,由于估计频偏和实际频偏存 在一个偏差,从而在对数据帧进行频偏补偿时,由估计偏差带来的残余频偏会导致数据的相位偏移,且相偏在数据帧内不断累积,恶化传输性能.本文针对这 种情况,提出利用数据帧内各个OFDM符号的循环前缀分别进行残余频偏纠正的新算法.该算法能够纠正每个OFDM符号内的残余频偏,且符号之间的估计偏差 不会累积.仿真结果说明,此算法可以克服残余频偏累积带累的影响,从而提升传输性能。
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
赵文亮， 胡皓， 陈伟 电子科技大学
现代电视技术 ADVANCED TELEVISION ENGINEERING 2006，(6) 1次
参考文献(4条) 1.P H Moose A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction 1994(10) 2.Zheng Ziwei.Yang Zhixing.Pan Changyong.Zhu Yisheng Novel synchronization for TDS-OFDM-based digital television terrestrial broadcast systems 2004(2)
鼯 ＣＯＳ移＝
（８｝
经过Ｎ＝１６次迭我基整个模校正弱子隽
妒萎活她鲫２渤
（９）
敝可令Ｋ＝瓦，这样就得到了归一化的正弦和余弦输
出。由于初始向量落在正实轴上的覆盖范围约为 一ｚ／２～ｚ／２．隽了覆盖一万～万酌要求，可以穰据初
采样时钟偏差对OFDM系统性能的影响
第4卷第6期信息与电子工程 Vo1．4，No．6，2006 2006年12月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec．文章编号：1672-2892 (2006)06-0431-05李平，赵志辉，张振仁采样时钟偏差对OFDM系统性能的影响（第二炮兵工程学院，陕西西安710025）摘要：针对采样时钟同步偏差对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统的影响，建立了数学模型，分别就采样定时偏差和采样频率偏差的影响进行详细分析；经过仿真，从星座图、误码率(Bit-Error-Rate，BER)及信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)损失等角度对采样频率偏差的影响做了揭示和验证。
结果表明，采样频率偏差会引起信号幅度衰减和子载波间干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)，导致系统信噪比性能下降；这种影响与子载波位置有关，还会随着OFDM符号数的增多而加剧。
关键词：采样频率偏差；采样定时偏差；载波间干扰；OFDM中图分类号：TN911.72 文献标识码：AEffect of Sampling Clock Offsets on the Performance of OFDM SystemLI Ping，ZHAO Zhi-hui，ZHANG Zhen-ren(The Second Artillery Engineering Institute，Xi' an Shaanxi 710025，China) Abstract：This paper presents the effect of sampling clock offsets on the performance of OFDM system. Thesample timing error and sampling frequency offset are analyzed respectively in detail by the digital model. Inthe simulation, constellation, Bit-Error-Rate (BER) and Signal-to-Noise Ratio (SNR) performance degradationare analyzed taking into account the effect of sampling frequency offset. It is shown that sampling frequencyoffset can lead to amplitude attenuation and Inter-Carrier Interference (ICI) due to the loss of orthogonalitybetween the subcarriers. The SNR performance degrades with the increment of subcarriers indices and thenumber of OFDM symbols.Key words：sampling frequency offset；sample timing error；Inter-Carrier Interference (ICI)；OFDM1 引言同步处理技术在通信系统中占据非常重要的地位，是信息可靠传输的前提。
ofdm时域采样和频谱的关系
ofdm时域采样和频谱的关系OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，将数据流分成多个低速子载波，然后对每个子载波进行高速调制，最后将调制后的子载波合并成一个高速数据流。
OFDM的时域采样与频谱之间有着密切的关系，下面将从OFDM系统的子载波间距、子载波个数、采样定理等几个方面进行阐述。
首先，OFDM系统中子载波间距对时域采样和频谱有着重要的影响。
子载波间距越小，即每个子载波的频率越相近，OFDM信号的时域波形将越长。
这是因为时域中的波形的长度取决于频率间距的倒数，即如果频率间距较小，则时域信号的周期较长。
而频谱的宽度则与子载波间距成反比关系，即子载波间距越小，频谱的宽度越宽。
因此，在设计OFDM系统时，需要在合适的子载波间距和频偏范围内进行权衡。
其次，OFDM系统中子载波个数对时域采样和频谱也有着明显的影响。
子载波个数越多，时域波形将越短。
这是因为时域波形的长度取决于每个子载波的周期，而子载波个数越多，每个子载波的周期越短，从而时域波形的长度越短。
而频谱的宽度则与子载波个数成正比关系，即子载波个数越多，频谱的宽度越宽。
在实际系统中，通常会选择合适的子载波个数和子载波间距来满足系统的要求。
此外，OFDM系统中的采样频率应满足采样定理，即采样频率要大于信号的最高频率的两倍。
在OFDM系统中，由于每个子载波的频率均为整数倍的基带频率，因此当基带频率确定后，采样频率也随之确定。
采样频率的设置直接影响到时域采样和频谱的正确恢复。
如果采样频率不满足采样定理，会导致采样的时域波形与原始信号之间存在混叠效应，从而导致频谱失真。
综上所述，OFDM的时域采样和频谱之间有密切的关系。
子载波间距和子载波个数的选择直接影响到时域波形的形状和频谱的宽度；而采样频率的设置则关系到时域采样和频谱恢复的准确性。
因此，在设计和实现OFDM系统时，需要综合考虑这些因素，以满足系统的要求，实现高效的传输和性能优化。
《OFDM技术的介绍》课件
要点二
分集技术应用
采用分集技术可以减小多径衰落的影响，提高信号的可靠 性。
05
OFDM技术的未来发展
高速移动通信中的OFDM技术
高速移动通信中，OFDM技术能够提供更高的数据传输速率和更好的频谱效率， 支持高速移动设备的通信需求。
未来发展中，OFDM技术将进一步优化信号处理算法，提高频谱利用率和抗多径 干扰能力，以适应更高速的移动通信环境。
《ofdm技术的介绍 》ppt课件
目 录
• OFDM技术概述 • OFDM技术的基本原理 • OFDM技术的应用场景 • OFDM技术的关键技术问题 • OFDM技术的未来发展
01
OFDM技术概述
OFDM技术的定义
定义
正交频分复用（OFDM）是一种多 载波调制技术，它将高速数据流分割 为多个低速子数据流，然后在多个正 交子载波上并行传输。
OFDM技术的特点与优势
适用于多径环境和频率选择性衰落信道
01
由于OFDM技术具有抗干扰和抗衰落能力，因此特别适合于无
线通信信道中的多径和频率选择性衰落问题。
频谱资源利用率高
02
通过频谱复用和子载波的正交性，OFDM技术能够实现频谱资
源的充分利用，提高了通信系统的频谱效率。
支持高速数据传输
03
OFDM技术能够支持高速数据传输，适用于宽带无线通信系统
未来发展中，基于软件定义无线电的 OFDM技术将进一步探索如何实现动 态频谱管理、自适应调制解调和高效 资源分配等方面的优化。
感谢观看
THANKS
解释
OFDM通过将数据分配到多个子载波 上，提高了频谱利用率，并具有抗多 径干扰和频率选择性衰落的能力。
OFDM技术的历史与发展
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3
Quadrature
1
-1
-3
-3
-1 1 In-Phase
3
29
6
二、载波频率偏移对 OFDM 系统接收信号的影响
• 变换后传输信号表示为： 设发射端经过 IFFT 变换后传输信号表示为：
7
8
9
结论： 结论： 由于频偏的存在， ① 由于频偏的存在，传输在任何子载波上的信号都会对其它 子载波产生干扰。 子载波产生干扰。 有关，与绝对子载波号无关。 ② 子载波间干扰与 l-k 有关，与绝对子载波号无关。 为子载波干扰系数， 系数。 ③ 称 Sl-k 为子载波干扰系数，或 ICI 系数。 ④ 所有子载波上都传有信号时，每个子载波上的 ICI 信号为 所有子载波上都传有信号时， 信号之和。 其他所有子载波上传输数据所产生的 ICI 信号之和。 当有载波偏移时，接收信号的星座图产生角度旋转， ⑤ 当有载波偏移时，接收信号的星座图产生角度旋转，同时 信号星座图扩散。 信号星座图扩散。
第十三讲) 数字通信 (第十三讲 第十三讲 OFDM系统的频偏与时偏 系统的频偏与时偏
2007 Yuping Zhao (Professor) 赵玉萍 Department of Eleijing 100871, China email: yuping.zhao@
1
OFDM 系统的载波频偏
一、载波频偏模型
设发射的 OFDM 符号为
2
3
4
OFDM系统载波偏移模型（没有噪声） 系统载波偏移模型（没有噪声） 系统载波偏移模型
5
结论： 结论： ① 载波频率偏移对于低频信号的作用相当于在 OFDM时域采样序列上增添了一个等效指数 时域采样序列上增添了一个等效指数 因子 该因子是随着时间连续变化的， ② 该因子是随着时间连续变化的，即 n = 0 ~ N ③ 频偏对系统的影响可写为归一化频偏ε的函数 频偏对系统的影响可写为归一化频偏 的函数
17
其中， 其中，S 中的每一项由前面的表达式给出
18
19
采样频率同步模型
20
21
22
采样时钟偏差
23
24
25
结论： 结论： ① 采样频率偏差导致 ICI ② ICI 值的大小与绝对的子载波号 l 有关
26
27
收发端载波偏差对单载波系统的影响
?
28
收发端载波偏差对单载波系统的影响
5 4 3 2
Imaginary
1 0
-1 -2 -3 -4 -5 -5 0 5
14
Real
载波频率偏差， 载波频率偏差，ε = 25%
6
4
2
Imaginary
0
-2
-4
-6 -6
-4
-2
0
2
4
6
Real
15
三、载波频率偏移纠正方法一
OFDM 系统载波偏移 的时域纠正方法
16
三、载波频率偏移纠正方法二
10
传输信号为 (1 + j)
1
0.5 Re(Y(k)) 0 -0.5 0
5 k
10
15
11
传输信号为 (1 + j)
1.5 1 0.5
Im(Y(k))
0 -0.5 -1 0
5 k
10
15
12
传输信号为 (1 + j)
1.5
1 ABS(Y(k)) 0.5 0 0
5 k
10
15
13
载波频率偏差， 载波频率偏差，ε = 5%