OFDM的頻率同步算法

文中提出的頻率同步方法是在取得時(shí)間同步后，將接收的每PN序列長(cháng)度的數據與本地PN序列作相關(guān)，共得L個(gè)值，分別為c1，c2，…，cL，

其頻率估計范圍為|ε|N/(2PK)。該同步方法在A(yíng)WGN信道下較好，但在Rayleigh多徑信道下性能較差。若應用于BEYOND 3G系統，就不能滿(mǎn)足系統要求。故提出了另一種頻率同步方法，此方法是在時(shí)間同步后，在接收數據每相鄰的兩個(gè)PN序列作共軛相乘后相加，利用相加結果的相位進(jìn)行頻率偏移估計。根據下式求頻率偏移(此頻率偏移估計方法稱(chēng)為方法二)

由式(7)得知，當被估計的頻率偏移值越小，頻率偏移估計值越精確；參數P越大，估計出的頻率偏移越精確。

頻率同步算法的性能
在BEYOND 3G系統中，假設載頻fc=2 GHz，N=4 096，Ng＝1 024，K=127，P=1，一個(gè)OFDM符號共5 120個(gè)抽樣點(diǎn)，每一個(gè)子載波為5 kHz。當振蕩器不穩定系數為ko=10−6，車(chē)速v=500 km/h，可計算出由振蕩器不穩定和Doppler頻移造成的頻率偏移為fcko+fcv/c=20 kHz+1 kHz=21 kHz，相當于4.2個(gè)子載波，即頻率偏移最大值不超過(guò)4.2個(gè)子載波，|ε|4.2。P=1時(shí)，方法1、方法2估計的頻率偏移范圍理論值不超過(guò)±16.12(N/(2K)=16.2)個(gè)子載波。若增大P，頻率估計范圍會(huì )降低，但估計精度將提高。
在A(yíng)WGN的信道下，方法2頻率同步的估計均方差比方法1頻率同步的估計均方差要大，當不小于15 dB時(shí)，兩者的值接近。在A(yíng)WGN信道下，仿真10 000個(gè)符號，不同信噪比下頻率偏移估計的均方差(MSE)的仿真結果見(jiàn)圖2和圖3。分別是不同P下的頻率偏移估計的MSE?？梢园l(fā)現，當P取得較大時(shí)，相同信噪比下，其頻率偏移估計精度得到了較大的提高。
Rayleigh信道下兩種頻率同步算法的性能比較如圖4，圖5所示，圖中N=4 096，K=127，P=1，10 000個(gè)符號仿真，分別仿真了兩種移動(dòng)速度下的頻率偏移估計的MSE。方法2在Rayleigh信道下比方法1要差得多的原因：方法1由于PN序列的良好相關(guān)特性，接收信號與本地PN序列作相關(guān)計算時(shí)，接收信號中只有最強徑被利用，其他徑信號由于與本地PN序列不同步，不能被利用，故方法1頻率估計性能要差；方法2是接收信號內部作相關(guān)，可以利用大多數徑的信號，故頻率估計性能較好。

圖2 AWGN信道下兩種方法的頻率估計性能比較 圖3 AWGN信道兩種頻率同步方法性能比較

圖4 車(chē)速為3 km/h時(shí)Rayleigh信道下兩種方法的 圖5 車(chē)速為60 km/h時(shí)Rayleigh信道下兩種方法的
頻率估計性能比較 頻率估計性能比較

本文討論了利用重復的PN序列作訓練序列的OFDM頻率同步，這種頻率同步包括了頻率粗同步和頻率精同步。并利用多徑信道中的多徑信號對原方法進(jìn)行了改進(jìn)。該方法可用于Rayleigh信道下中等車(chē)速的(60 km/h)大范圍頻率偏移(頻率偏移達十幾個(gè)子載波)估計，其估計精度可以滿(mǎn)足OFDM系統在Rayleigh信道下對頻率同步的要求。