OFDM系统定时同步技术研究
摘 要：在分析以往算法的基础上，提出了一种改进的定时同步算法。它克服了以往算法的缺陷，所采用的自相关算法对频率偏差具有较强的鲁棒性。仿真分析表明该算法在多径信道中其性能仍然较好。提出的算法比较简单，而且开销较低。
关键词:正交频分复用； 定时同步； 训练序列
同步技术对各种数字传输技术来说十分关键，对于OFDM 系统更是如此。因为OFDM对同步误差十分敏感，同步性能的好坏直接影响到接收的性能，一旦同步性能不好，OFDM 的整体性能将会严重下降。
通常情况下，同步包括同步捕获和同步跟踪两个阶段。在同步捕获阶段，OFDM系统同步的主要任务是符号定时捕获和载波频偏(CFO)的捕获。关于符号定时和载波频偏估计算法，很多文献对此进行了探讨。参考文献[1-2]提出了基于伪随机序列的定时捕获算法，但定时捕获通常是在频偏捕获之前完成的，因此当频偏较大时根本就看不到期望出现的峰值。在参考文献[3]中，作者基于一个由两个差分的OFDM训练符号组成的同步头，提出了一种联合的符号定时和载波频偏估计算法(简称为S&C算法)。该算法利用一个训练符号中两个相等的部分进行自相关来实现符号定时估计，因此频偏对它的影响很小，但是采用该算法进行估计时受循环前缀的影响将出现一种峰值平顶现象，这种现象使得估计出现较大的误差，因此严格地说采用这种算法只能起帧检测的作用，并不能完成真正的符号定时估计。参考文献[4]针对参考文献[3]的峰值平顶现象做了改进，在子载波数目较大时，定时测度出现一个单峰，但当子载波数目较少时会出现多峰值的现象，而且错误的峰值会大于正确时刻的峰值。
针对上面提到的问题，本文提出了一种新的符号定时捕获算法。这种算法采用了一个训练符号，通过对输出序列的自相关来解决大的频率偏差的问题，而且参考符号采用了正负变化，避免了参考文献[3]中的峰值平顶现象，同时该算法还采用了相关累积的方法解决了参考文献[4]的多峰值问题。经过仿真证明该算法在多径信道中也能很好地工作。
1 OFDM系统描述
在OFDM系统的复基带等效模型中，发送端的OFDM复基带已调信号可表示为：
该信号经过信道传输后，接收端的符号定时偏移通常表示为接收信号的时延，载波的频率偏移通常表示为时域上的相位失真，因而具有符号定时偏移和载波频偏的OFDM系统的接收信号可表示为：
同步的主要任务是估计符号定时偏差τ和载波频偏ε，并通过补偿来消除或减弱同步误差对系统性能的影响。
2 算法描述
2.1 传统定时算法
对于OFDM的突发传输模式，接收端必须检测信号到来时刻，同时采用快速有效算法确定帧或符号的起始位置。通常用事先定义的训练符号结合相应的算法实现这一目的。SCHMIDL和COX基于[A,A]训练符号结构提出查找前后两个部分自相关峰值的定时算法[3]。可以通过频域在偶数子载波上调制一个复随机数，在奇数子载波上调制0，再通过做N点的IFFT(快速傅里叶逆变换)的方法生成时域上两个相同部分组成的训练序列[A,A]。生成训练数据的一个原则是训练数据的频谱特性和有效数据的频谱特性类似。同时必须考虑接收端判决系统复杂度。本文的分析和仿真中，频域训练数据全部来自QPSK调制数据,与有效数据的调制方式相同。采用SCHMIDL和COX定时算法，定时度量曲线会出现一个“模糊平台”，模糊平台的长度等于循环前缀的长度减去时延扩展长度。“模糊平台”，的产生增加了符号定时的不确定性。针对这种情况，参考文献[3]提出了用峰值点左右90％的两点求平均解决。MINN H在SCHMIDL和COX定时算法基础上提出了一种对定时度量做Ng+1长度的加窗平滑的方案。另外，基于[+A,+A,-A,-A]符号结构提出新的MINN H定时算法，这里A的长度是N/4，采用复随机数做N/4的IFFT生成。同样，定义N/4长度向量和新定时度量M(n)如下：
2.2 新定时方案的提出
