论文研究-定时和频率偏差对OFDM系统性能影响 .pdf

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定时和频率偏差对OFDM系统性能影响,付霞,何忠秋,贲文推导了定时和频率偏差下OFDM系统中的同步原理,讨论了载波频率偏差和符号定时偏差在高斯信道下对系统性能的影响。在给出系统模�
山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 所引起的对期望符号的影响。正是由于上述的各种同步偏差,才使得期望得到的数据符号经 过乐数1加板,而且带来了十扰∑Sm4m。由于各种偏差都是由多种原因引起的,所以 =0 它们本身就是随机变量。由于随机性,有|IA区1,|mk≠1(m≠k),这充分表明由于没有 完全同步而带来了信道间干扰ICI,因此FFI输出端的信噪比SNR发生变化 4OFDM系统中的同步偏差的影响 41载波频率偏差的影响 当Δ≠0,其余均同步时,式(4)中lk1,厶m≠0,由此可知载波频率偏差Δ破坏 了各子载波之间的正交性,使得输出杵佰的幅度也发生了变化,带来了信噪比的下降。 4.2符号定时偏差的影响 当OFDM系统仅存在FFT窗定时偏差即△t≠0,其余均同步时,式(4)可改写为 Rk=SeMN+n”,由此可见AM也只是使输出发生相位旋转,既没有带来ICL也没有 带来信噪比的损失。分析表明,只要FFT运算窗不超出包括循环前级在内的OFDM符号 边界,且不落在幅度滚降区內,就不会引起II和ISI,这明显比单载波系统的符号同步要 求宽松许多。 5.仿真结果及分析 在本文的系统仿貞中:了载波个数M=256,循环前缀的长度G=55,调制方式为QPSK ( quadrature phase shift keying),信道噪声为 AWGN信道,SNR=40dB 51载波频率偏差影响仿真 频偏相对于子载波间隔有整数部分和小数部分。图1中,图a和图b分别为系统在整数 倍频(s1-20和小数倍频偏&-0.25下接收信号的星座图 图1中可以看岀,整数部分将会导致子载波位置的移动,但不破坏子载波间的正交性, 只是相位发生旋转,不产生ICI;小数部分影响卜的信号星座图分散严重,信号的相位和幅度 都发生变化,子载波正交性遭到破坏,产生ICI,也导致了系统性能的卜降。 由仿貞图形观察可见,整数部分频偏并不破坏各了载波间的止交性,信号相位发生旋转 使信息符号在子信道上平移;而小数部分频偏则破坏各子载波间的正父性,会造成子信道干 扰 5.2符号定时偏差影响仿真 图2中,图a和图b表示了定时偏差分别在△r=25(定时落在循环前缀内)和Mr=60(定 时落在循环前缀外)情况下接收信号的星麻图 图a中,接收数据只发生相位旋转,在星座图上表现为一个圆;图b中,定时淏差落在循环 前缀外时,星座图上数据的幅度和相位都发生变化,数据散开,星座图分散严重。 可见,若同步定位在循环前缀内,即位于没有受到邻近的OFDM符号「扰的范围内,则了 载波之间的正父性不会受到破坏,只是HF之后的接收数据在星座图上发生了相位的旋转,这 3 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 可以通过信道均衡进行纠正。但如果符号定吋估计超出了这个范围,则不但了载波间的正交 性受到破坏而且引入了符号间干扰和子载波间干扰。 小计换 图1频率偏差下的星座图 图2定时偏差下的星座图 Fig. I constellation in the in the situation Fig2 constellation in the in the situation of frequency offset of timing offset 53同步偏差对系统误码率的影响仿真 图3为系统在理想情况下和存在同步误差情况下的误码率曲线,其中定时偏差△x=25 频率偏差A。=20.25。从图中可以看到,存在同步误差的情况下系统误码率达到50%,系统 性能明显下降。 一理想决志 图3理想情況和同步误差情况下的误码率曲线 Fig 3 BER curve in the ideal situation and in the situation of synchronization offset 6.结论 可步偏差使系统误码率达到0.5左右,给系统性能造成很大的影响,因此,实现系统冋 步对OFDM系统至关重要。但是,各种同步偏差对系统性能的影响是不同的。载波频率偏差 不但引起了接攻信号相位的旋转,而且也带来了信号幅度的变化,从而导致子载波间的十扰 ICI。其中,整数频偏并不破坏各了或波冋的止交性,但它却导致整个解调结果完全错误 小数部分则会造成子信道干扰,破坏子载波间的正父性。 对符号同步偏差的要求相对宽松些,符号的定时偏差只要落在循环前缀内,就不会破坏 各子载波间的正交性,也就不会引起ICI,只要进行相位补偿即可 4 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1]Lei Wei and Christian Schegel, " Synchronization requirements for multi-user OFDM on satellite mobile and two-path Rayleigh fading channels, "UJJIEEE Trans Commun., vol 43. Pp. 2908-2914, Feb 1995 2]F Classen and H Mcyr, Frcqucncy Synchronization Algorithm for OFDM Systcms Suitablc for Communica- tion over Frequency-Selective Fading Channles, "[]Proc.IEEE Vehic. Technol. Conf. pp. 1655-1659, Stockolm Sweden. June 1994 [3] Eduardo F Casas and Cyril Leung, OFDM for Data Communication Over Mobile Radio FM Channel-Part 1 Analysis and Experimental Results, WJJIEEETrans. Commun., Vo1. 39, pp. 783-793, May, 1991 4」尹昌川,等多载波宽带无线通信技术M北京:北京邮电大学出版社,2004 [5] Dusan Matic, et al.. OFDM timing synchronization possibilities and limits to the usage of the cyclic prefix for maximum likelihood estimation, "TJJIEEE Trans on Comm, VoL 43, pp 887-895, September, 1995 Impact on system performance produced by timing and frequency offset in OFDM system Fu Xia, He Zhongqiu, Zhang Ning College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, China(150001) Abstract In this paper, under the situation of timing and frequency offset, synchronization principle of OFDM system was deduced, impact on system produced by carrier frequency and symbol time offset in AWGn channel was discussed. On the basis of giving system model, the simulaion of impact on phase and amplitude of received signal produced by carrier frequency and symbol time offset was realized by means of MATLAB. Ber curve in the ideal situation and in the situation of synchronization offset were given at the end of this paper Keywords: OFDM; frequency offset; symbol time offset; system performance 作者简介 付霞(1981—-),女,哈尔滨上程大学信息与通信上程学院硕士研究生,主要研究方向:通 信信号处理; 何忠秋(194-),男,副教授,哈尔滨工稈人学信息与通信工程学院硕士生导师,主要硏究方 向:自适应信号处理和3G&B3G移动通信技术 张宁炸(1981-),男,哈尔滨工程大学信息与通信工程学院硕士研究生,主要硏究方向:通信 与信息系统

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