1、Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 1OFDM与与OFDMA系统中的系统中的同步技术研究同步技术研究学生姓名：学生姓名：赵林靖赵林靖指导教师：指导教师：李建东李建东 教授教授学学 科：科：通信与信息系统通信与信息系统Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 2研究背景和现状研究背景和现状 20世纪世纪70年代，随着半导体技术、微电子技术和计算机技年代，随着半导体技术、微电子技术和计算机技术的发展，移动通信得到了迅猛发展和应用。术的发展，移动通信得到了迅猛发展和应用。1978年，
2、美国芝加哥开通第一台模拟移动电话，标志着第一代移年，美国芝加哥开通第一台模拟移动电话，标志着第一代移动通信（动通信（1G）的诞生。）的诞生。1987年，我国第一个模拟移动电话系统建成并投入使用。年，我国第一个模拟移动电话系统建成并投入使用。1993年，我国第一个全数字移动通信系统（年，我国第一个全数字移动通信系统（GSM）建成开通，使）建成开通，使我国进入了第二代移动通信（我国进入了第二代移动通信（2G）时代。）时代。2001年，数个国家相继开通了年，数个国家相继开通了3G商用网，标志着第三代宽带数据商用网，标志着第三代宽带数据移动通信时代的到来。移动通信时代的到来。从移动通信的发展历史来看，
3、从从移动通信的发展历史来看，从1978年到年到2001年的年的23年时年时间里，每间里，每11年进行一次更新换代年进行一次更新换代 ITU(国际电信联盟国际电信联盟)已将已将3G之后的移动通信技术定义为之后的移动通信技术定义为B3G(Systems Beyond IMT-2000)，目前有些国家称之为，目前有些国家称之为4G Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 3研究背景和现状研究背景和现状 新一代（新一代（B3G/4G）的移动通信系统可能采用演进或革新）的移动通信系统可能采用演进或革新的方式来实现。的方式来实现。所谓演进指的是对所
4、谓演进指的是对3G3G系统系统IMTIMT20002000加以改善，而革新则指的加以改善，而革新则指的是完全新开发的系统。是完全新开发的系统。新的新的4G4G无线系统设想能支持高速移动性高达无线系统设想能支持高速移动性高达100Mb/s100Mb/s的峰值数的峰值数据率，而对低速移动性则可达据率，而对低速移动性则可达1Gb/s1Gb/s的数据率。的数据率。近年来，人们对实现近年来，人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。正在研究的热点技术包括自适究，并取得了初步的成果。正在研究的热点技术包括自适应调制与编码（应调制与编码（AMC）、自适应复
5、合）、自适应复合ARQ、正交频分复、正交频分复用（用（OFDM）、软件无线电、多输入多输出（）、软件无线电、多输入多输出（MIMO）天）天线系统等线系统等Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 4研究背景和现状研究背景和现状 未来的移动通信业务将从话音扩展到数据、图像、视频等未来的移动通信业务将从话音扩展到数据、图像、视频等多媒体业务，多媒体业务，对服务质量和传输速率的要求越来越高，这对移动通信系统的性能对服务质量和传输速率的要求越来越高，这对移动通信系统的性能提出了更高的要求。提出了更高的要求。必须采用先进的技术有效地利用宝贵的频率资
6、源，以满足高速率、必须采用先进的技术有效地利用宝贵的频率资源，以满足高速率、大容量的业务需求；同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落，大容量的业务需求；同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰，达到改善系统性能的目的降低噪声和多径干扰，达到改善系统性能的目的Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 5研究背景和现状研究背景和现状 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）在众多技术中显示出优越的性能）在众多技术中显示出优越的性能OFDMOFDM应用开始于应用开始于2020世纪世纪6060年代，主要用于军事通信中，但因其年代，
7、主要用于军事通信中，但因其结构复杂限制了进一步推广。结构复杂限制了进一步推广。7070年代，人们提出了采用离散傅氏变换实现多载波调制，由于年代，人们提出了采用离散傅氏变换实现多载波调制，由于FFTFFT和和IFFTIFFT易用易用DSPDSP实现，使实现，使OFDMOFDM技术开始走向实用化。技术开始走向实用化。较早采用较早采用OFDMOFDM技术包括技术包括DAB(DAB(数字广播数字广播)和和DVB(DVB(数字电视数字电视)。随。随后，宽带无线接入系统后，宽带无线接入系统IEEE802.11g/aIEEE802.11g/a、802.16d/e802.16d/e、802.20802.20B
8、roadband Wireless Communications LaboratoryPage 6OFDM原理原理 OFDMOFDM（正交频分复用正交频分复用）技术实际上是技术实际上是MCMMCM（多载波调制）的（多载波调制）的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据转换一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据转换成并行的低速子数据流，并调制到每个子信道上进行传输。每个子信成并行的低速子数据流，并调制到每个子信道上进行传输。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道都可以看作是道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道都可以看作是一个平坦衰落
9、信道。一个平坦衰落信道。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 7OFDM的优点的优点 抗时延扩展能力强抗时延扩展能力强：OFDMOFDM系统把高速数据分散到许多个子载波上，这大大降低了各系统把高速数据分散到许多个子载波上，这大大降低了各子载波的符号速率，从而可以减轻无线信道时间弥散所带来的子载波的符号速率，从而可以减轻无线信道时间弥散所带来的ISIISI影响。影响。通过插入循环前缀的方法，可以非常有效的减轻或完全消除通过插入循环前缀的方法，可以非常有效的减轻或完全消除ISIISI影影响。这样接收机就可以采用简单甚至不采用时域均衡器，降
10、低了响。这样接收机就可以采用简单甚至不采用时域均衡器，降低了接收机设计的复杂度。接收机设计的复杂度。频谱利用率高频谱利用率高：OFDMOFDM各子载波间相互正交，相邻子载波频谱有各子载波间相互正交，相邻子载波频谱有1/21/2重叠，因此重叠，因此可以大大提高频谱利用率，这对于频谱资源有限的无线通信非常可以大大提高频谱利用率，这对于频谱资源有限的无线通信非常有意义有意义Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 8OFDM的优点的优点 具有很强的抗衰落能力具有很强的抗衰落能力：OFDMOFDM技术本身就可以自动提供频率分集的好处，再通过各子载
11、技术本身就可以自动提供频率分集的好处，再通过各子载波的联合编码，可以进一步增强处于深衰落的子载波所携带的信波的联合编码，可以进一步增强处于深衰落的子载波所携带的信息能够被正确恢复的能力。息能够被正确恢复的能力。调制解调容易实现调制解调容易实现：正交调制和解调可以采用快速算法（正交调制和解调可以采用快速算法（FFTFFT）实现，而）实现，而FFTFFT非常容非常容易用易用DSPDSP实现。实现。具有抗窄带干扰能力具有抗窄带干扰能力：因为窄带干扰只会影响到一小部分子信道，所以因为窄带干扰只会影响到一小部分子信道，所以OFDMOFDM系统可以系统可以在某种程度上抵抗这种窄带干扰。在某种程度上抵抗这种
12、窄带干扰。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 9OFDM的缺点的缺点 对载波频率偏差非常敏感对载波频率偏差非常敏感：这是由于这是由于OFDMOFDM正交子信道的频谱互相重叠的缘故。载波频偏正交子信道的频谱互相重叠的缘故。载波频偏是由于发射是由于发射/接收机振荡器频率不匹配或多普勒频移引起的。接收机振荡器频率不匹配或多普勒频移引起的。峰值平均功率比高：峰值平均功率比高：OFDMOFDM输出信号有多个子信道信号的叠加而成，有时会出现叠输出信号有多个子信道信号的叠加而成，有时会出现叠加信号的瞬时功率远远大于信号的平均功率的情况。加信号的瞬
13、时功率远远大于信号的平均功率的情况。大的峰值平均功率比（大的峰值平均功率比（PARPAR）要求发射机线性放大器必须具有）要求发射机线性放大器必须具有大的的动态范围，这增加了发射机设计难度和成本。大的的动态范围，这增加了发射机设计难度和成本。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 10OFDMA 正交频分多址接入正交频分多址接入（OFDMA,OFDM AccessOFDMA,OFDM Access）被广泛）被广泛应用于宽带通信系统的上行链路，例如：有线电视应用于宽带通信系统的上行链路，例如：有线电视（CATVCATV），），IEEE 80
14、2.16aIEEE 802.16a标准。标准。在多用户移动环境中，在多用户移动环境中，OFDMAOFDMA方案具有两个主要的优点：方案具有两个主要的优点：合理使用循环前缀，就可以避免使用自适应均衡器；合理使用循环前缀，就可以避免使用自适应均衡器；通过通过FFT/IFFTFFT/IFFT运算每个用户可以很方便的访问每个子载波，这运算每个用户可以很方便的访问每个子载波，这使得使得动态信道分配动态信道分配变得简单变得简单 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 11OFDMA缺点缺点 对载波频率偏差非常敏感对载波频率偏差非常敏感 峰值平均功率
15、比高峰值平均功率比高 多用户系统中，多参数估计多用户系统中，多参数估计Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 12认知无线电认知无线电认知无线电认知无线电（C Cognitiveognitive R Radioadio）是由）是由MITREMITRE公司的顾问、公司的顾问、瑞典皇家技术学院博士生约瑟夫瑞典皇家技术学院博士生约瑟夫米托拉米托拉(Joseph.(Joseph.MitolaMitola)和和GERALD Q.MAGUIRE,JR.GERALD Q.MAGUIRE,JR.教授于教授于19991999年年8 8月在月在IEEE I
16、EEE Personal CommunicationsPersonal Communications杂志上明确提出的。杂志上明确提出的。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 13IEEE终身会士终身会士Haykin,S.认知无线电是一个认知无线电是一个智能智能无线通信系统，它能够意识到它周围的环境（即外无线通信系统，它能够意识到它周围的环境（即外部世界），并且通过部世界），并且通过Understanding-by-buildingUnderstanding-by-building的方法从环境中学习，的方法从环境中学习，并实时的通过工作
17、参数的相应变化使其内部状态能适应在输入并实时的通过工作参数的相应变化使其内部状态能适应在输入RFRF激励激励（stimulistimuli）方面的统计变化，这些工作参数包括发送功率、载波频率和）方面的统计变化，这些工作参数包括发送功率、载波频率和调制策略等；调制策略等；其其两个主要目标两个主要目标是任何时间任何需要地点的高可靠通信以及有效的无线频是任何时间任何需要地点的高可靠通信以及有效的无线频谱利用率。谱利用率。该文还进一步阐明了干扰温度（该文还进一步阐明了干扰温度（Interference TemperatureInterference Temperature）的概念和）的概念和单位、以及
18、频谱空隙（单位、以及频谱空隙（SPECTRUM HOLESSPECTRUM HOLES）的概念。并对认知无线电）的概念。并对认知无线电的主要技术进行了讨论。的主要技术进行了讨论。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 14IEEE 802.22IEEEIEEE于于20042004年年1010月月正式成立正式成立IEEE802.22IEEE802.22工作组工作组无线区域网络无线区域网络（WRANWRAN），计划），计划20072007年下半年完成标准化作业。年下半年完成标准化作业。其其目的目的是研究基于认知无线电的物理层、是研究基于认知
19、无线电的物理层、MACMAC层和空中接口，以无干层和空中接口，以无干扰的方式使用已分配给电视广播的频段。将分配给电视广播的扰的方式使用已分配给电视广播的频段。将分配给电视广播的VHF/UHFVHF/UHF频带（北美为频带（北美为54MHz54MHz862MHz862MHz）的频率用作宽带接入频）的频率用作宽带接入频段。段。IEEE802.22IEEE802.22的数据通信速率为数的数据通信速率为数Mbit/sMbit/s数十数十Mbit/sMbit/s，基站设备可，基站设备可覆盖的范围很大，如半径可超过覆盖的范围很大，如半径可超过40km40km。这是继这是继20022002年实现民用的年实现
20、民用的“UWB”UWB”之后又一新的无线频率应用技术之后又一新的无线频率应用技术Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 15美国美国XG 针对认知无线电，美国国防部提出下一代无线通信针对认知无线电，美国国防部提出下一代无线通信（NeNeX Xt t G Generationeneration）的项目，）的项目，20042004年该项目进入第三年该项目进入第三个研究阶段，投资个研究阶段，投资17001700万美元，预计在万美元，预计在20062006年底完成第年底完成第三阶段的研究。该项目将研制和开发频谱捷变无线电三阶段的研究。该项目将研
21、制和开发频谱捷变无线电（spectrum agile radiosspectrum agile radios），这些无线电台在使用法规），这些无线电台在使用法规的范围内，可以的范围内，可以动态适应变化的无线环境动态适应变化的无线环境，在不干扰其他在不干扰其他非合作无线电台的前提下，使得可接入的频谱范围非合作无线电台的前提下，使得可接入的频谱范围扩大扩大1010倍倍。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 16认知周期认知周期无线信道环境无线信道环境发射功率控制发射功率控制频谱资源管理频谱资源管理无线信无线信道分析道分析信道信道状态估计状
22、态估计预测建模预测建模空闲空闲信道信道信道信道容量容量RFRF检测检测干扰温度干扰温度发射发射发射机发射机接收机接收机Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 17OFDM、OFDMA在认知无线电中的应用在认知无线电中的应用 根据反馈回来的信道信息，根据反馈回来的信道信息，OFDMOFDM可根据不同子载波的衰可根据不同子载波的衰减程度调整相应的子载波上的负荷。减程度调整相应的子载波上的负荷。随着空闲频谱的改变，随着空闲频谱的改变，OFDMOFDM可动态的修改所使用的子载可动态的修改所使用的子载波位置和子载波个数。将动态频谱分配和功率控制联
23、合使波位置和子载波个数。将动态频谱分配和功率控制联合使用，以满足多址接入控制要求。用，以满足多址接入控制要求。Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 18OFDM、OFDMA在认知无线电中的应用在认知无线电中的应用Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 19研究内容、所要解决的关键问题研究内容、所要解决的关键问题 OFDM信号对频偏十分敏感信号对频偏十分敏感，必须对频偏进行估计。，必须对频偏进行估计。频偏频偏(Carrier Frequency Offset)对对OFDM系统的影
24、响：系统的影响：小数倍频偏小数倍频偏(Fractional part of Frequency Offset)破坏子载波之间的正交性破坏子载波之间的正交性 整数倍频偏整数倍频偏(Integral part Frequency Offset)虽然不会破坏子载波之间的正交性，但是会引起接收机恢复的数虽然不会破坏子载波之间的正交性，但是会引起接收机恢复的数据码元序列的循环移位和相位旋转据码元序列的循环移位和相位旋转Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 20研究内容、所要解决的关键问题研究内容、所要解决的关键问题由于频率同步对由于频率同步对O
25、FDM、OFDMA系统的重系统的重要性，因此引起了广泛的关注和研究。论文要性，因此引起了广泛的关注和研究。论文主要研究成果将体现在对主要研究成果将体现在对OFDM、OFDMA频偏问题的解决上频偏问题的解决上Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 21研究内容、所要解决的关键问题研究内容、所要解决的关键问题(一一)同步问题是通信信号处理中首先需要解决的重要问题，其同步问题是通信信号处理中首先需要解决的重要问题，其直接关系到后续的基带信号处理算法的性能。直接关系到后续的基带信号处理算法的性能。配合十五期间军事预研软件无线电项目的研究工作，主
26、要配合十五期间军事预研软件无线电项目的研究工作，主要研究了研究了OFDM系统中的载波频偏估计问题系统中的载波频偏估计问题Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 22研究内容、所要解决的关键问题（二）研究内容、所要解决的关键问题（二）由于由于OFDMAOFDMA适合于多用户通信系统，因此在适合于多用户通信系统，因此在OFDMAOFDMA上上行链路中（例如：行链路中（例如：802.16802.16），同步是一个关键技术），同步是一个关键技术 频偏估计是一个频偏估计是一个多参数估计多参数估计问题问题Broadband Wireless Com
27、munications LaboratoryPage 23研究内容、所要解决的关键问题（三）研究内容、所要解决的关键问题（三）认知无线电系统认知无线电系统 各用户所使用的子载波位置随频谱的使用情况和信道质量各用户所使用的子载波位置随频谱的使用情况和信道质量变化变化Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 24 拟采取的研究方法及其可行性研究拟采取的研究方法及其可行性研究 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 25OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计 已有的算法已有的算法SCSC算
28、法算法 使用一个使用一个OFDMOFDM符号进行符号同步和小数倍频偏符号进行符号同步和小数倍频偏 利用连续的两个利用连续的两个OFDMOFDM符号之间的差分关系进行整数倍频偏符号之间的差分关系进行整数倍频偏KimKim算法算法 提出使用一个提出使用一个OFDMOFDM码元进行频偏估计码元进行频偏估计,将连续的两个将连续的两个OFDMOFDM码元数据序列之间的差分关系应用于一个码元数据序列之间的差分关系应用于一个OFDMOFDM码元的数据序码元的数据序列之间列之间 不仅减少了训练序列的个数，而且提高了频偏估计的性能不仅减少了训练序列的个数，而且提高了频偏估计的性能Broadband Wirele
29、ss Communications LaboratoryPage 26OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计核心思想：核心思想：把已知差分序列依次进行循环移位，把移位结果和接收机恢把已知差分序列依次进行循环移位，把移位结果和接收机恢复得到的差分序列进行相关，根据相关模值最大的循环移位复得到的差分序列进行相关，根据相关模值最大的循环移位序列的移位值就可估计出整数倍频偏。序列的移位值就可估计出整数倍频偏。差分序列的定义差分序列的定义Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 27OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计kkkxxc2,02,1 x0,
30、0 x0,N-2x0,2kx1,0 x1,N-2x1,2kx0,2x1,2x0,0 x0,N-2x0,2kx0,2x0,0 x0,4x0,2k2x0,20,220,2kkkxcx差分序列的定义差分序列的定义Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 28OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计 软件电台的传输效率软件电台的传输效率 使用使用一个一个OFDM符号符号进行同步进行同步 改进改进KIM算法算法Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 29OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计 使用
31、最大似然估计方法改进使用最大似然估计方法改进Kim算法，小数倍频算法，小数倍频偏和偏和SC算法相同算法相同12/02222maxargNkkkgkAgKimyycg/2 122220argmax ReNMLk gkkg Akgcy yBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 30OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计 频偏估计算法的性能：频偏估计算法的性能：频偏估计的错误概率，方差频偏估计的错误概率，方差 频偏估计范围频偏估计范围Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 31OFDM整
32、数倍频偏估计整数倍频偏估计-8-6-4-202461E-41E-30.010.11 估计错误概率信噪比(dB)N=24,Kim N=24,ML N=32,Kim N=32,ML N=64,Kim N=64,ML 系统参数对两种对估计器的性能影响系统参数对两种对估计器的性能影响 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 32OFDM整数倍频偏估计整数倍频偏估计-12-10-8-6-4-2024681012141E-51E-41E-30.010.11SNR=3dB 估计错误概率频偏估计范 围 Kim 算法 ML 算法频偏大小对估计器性能的影响
33、频偏大小对估计器性能的影响 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 33使用一个使用一个OFDM符号完成同步符号完成同步 符号同步：符号同步：BP算法算法 第偶数个子载波上对应调制数据为一个随机实数，第奇数第偶数个子载波上对应调制数据为一个随机实数，第奇数个子载波上对应的调制数据为个子载波上对应的调制数据为0 AN/4 BN/4 AN/4 BN/4 小数倍频偏：小数倍频偏：SC算法算法 整数倍频偏：整数倍频偏：ML方法方法Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 34OFDMA频偏
34、估计频偏估计OFDMA发射机原理图发射机原理图()kPc()kdS/PFreq.mappingIFFTP/SAddprefixchannel()()ksnBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 35OFDMA频偏估计频偏估计user1user2user1user2user1user201N-1user1user2user1user20N-1user2Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 36OFDMA频偏估计频偏估计已有的算法：已有的算法：基于高阶累计量：基于高阶累计量：基于四
35、阶统计量的频域载波频偏估计方基于四阶统计量的频域载波频偏估计方法法 重复发送重复发送 基于循环平稳特性：基于循环平稳特性：过采样接收信号的二阶循环平稳统计过采样接收信号的二阶循环平稳统计特性特性 转化为转化为DOA估计方法估计方法Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 37OFDMA频偏估计频偏估计802.16上行链路上行链路 考虑一个考虑一个OFDMA上行链路的基带模型，系统共有上行链路的基带模型，系统共有N个子个子载波，载波，K个用户个用户.如何估计出如何估计出K个频偏个频偏Broadband Wireless Communicat
36、ions LaboratoryPage 38OFDMA频偏估计频偏估计 将将OFDMA接收信号经过变换，可写成等距线阵的模型，接收信号经过变换，可写成等距线阵的模型，从而将频偏估计等效为从而将频偏估计等效为DOA估计。估计。问题问题：在接收端如何实现频偏到用户的映射：在接收端如何实现频偏到用户的映射Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 39OFDMA频偏估计频偏估计将将N个子载波分成个子载波分成Q个子信道，每个子信道有个子信道，每个子信道有P=N/Q个子载波。个子载波。由于交织，所以子信道由于交织，所以子信道q由该集合构成由该集合构成
37、:q,Q+q,(P-1)Q+q,q=0,1,Q-1user1user2user1user2user1user2user1user2user1user2user1user201N-1(P-1)QQ+1(P-1)Q+1QuserKK-1(1)0c(1)1c(1)1Pc(2)0c(2)1c(2)1Pc()kpcthe data of the kth userthe pth dataBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 40OFDMA频偏估计频偏估计子载波分配方式：交织子载波分配方式：交织在没有噪声的情况下，每个用户的等效频偏不重叠在没有噪声
38、的情况下，每个用户的等效频偏不重叠根据每个用户的频偏（对应一个到达方向）根据每个用户的频偏（对应一个到达方向）分布区间进行频偏和用户的匹配分布区间进行频偏和用户的匹配匹配错误匹配错误Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 41OFDMA频偏估计频偏估计21()()021()0()()NjinkkNiPjpQ q nkNppsndi ece()()()()()0kkkpcipldiothers()()()()()()()01110,0,0,0,0,0,0,0kkkkkkkPqPqqPqdcc 假设第假设第k个用户使用第个用户使用第q个子信
39、道，个子信道，表示表示 P个调制数据。则个调制数据。则第第k个用户在加循环前缀前的信号可以表示为：个用户在加循环前缀前的信号可以表示为：()kPcBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 42由于绝对频偏由于绝对频偏 小于小于OFDMAOFDMA的子载波间隔的一半，因此的子载波间隔的一半，因此 OFDMA频偏估计频偏估计第第 k个用户的接收信号可以表示为：个用户的接收信号可以表示为：ffkk)()()21()()()()0221()()()0()()()kkPjpQ qnkkkkNpppPjqnjpnkkkNPppprnHcezneHce
40、zn 这里，这里，是第是第k个用户的归一化频偏，定义为：个用户的归一化频偏，定义为：)(k)5.0,5.0()(k()kfBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 43OFDMA频偏估计频偏估计第第k个用户的接收信号可以写成个用户的接收信号可以写成 QxP 的矩阵：的矩阵：()()()()kkkkAvub W当当 0)()(nzk 2/()()()()kjv qQkkrnvPernv 是一个整数是一个整数 一个一个OFDMA符号上符号上的每的每P个数据有一个特个数据有一个特殊的周期结构殊的周期结构Broadband Wireless Co
41、mmunications LaboratoryPage 44OFDMA频偏估计频偏估计 )1()()12()()1()0()()()()()()()(NrPNrPrPrPrrAkkkkkkk PPPjPPjPPjPjeeeeW)1)(1(2)1(2)1(2/211111 ()()()()()()()1122kkkkkkkPPbHcHcHc TQjjkkkeev)()()1(22)(1 PPjPjkkkeeu/)1(2/2)()()(1 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 45OFDMA频偏估计频偏估计Qqkkk)()()(定义定义
42、为第为第k个用户等效频偏。如果用户使用子信道个用户等效频偏。如果用户使用子信道q，由于由于 ，那么他的等效，那么他的等效CFO 为（为（q-0.5）/Q,（q+0.5）/Q）。因为不同的用户占用不同的子信道，所）。因为不同的用户占用不同的子信道，所以他们的等效频偏不重叠以他们的等效频偏不重叠()k)5.0,5.0()(k Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 46OFDMA频偏估计频偏估计K 个用户的接收信号个用户的接收信号()1()KkkAAVSV UBW TKTKbbbBuuuU)()2()1()()2()1(,QxKQjQjQj
43、jjjKKKeeeeeevvvV )()2()1()()2()1()1(2)1(2)1(2222)()2()1(111 是一个是一个 范得蒙矩阵范得蒙矩阵Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 47OFDMA频偏估计频偏估计必要条件：必要条件：由于使用了阵列信号子空间的方法，阵列信号的信源数小于由于使用了阵列信号子空间的方法，阵列信号的信源数小于阵源数，在该模型中等效为阵源数，在该模型中等效为 KQBroadband Wireless Communications LaboratoryPage 48OFDMA频偏估计频偏估计1argma
44、xHHHr CC CC r()()2()()()kkjnkCnesn()21()()()()110()()()kKKPjpQ qnkkkkNppkkpr nrnHcezn 根据根据MLML方法，最优的估计值为：方法，最优的估计值为：)()()1(,KkCCCC这里这里去掉循环前缀的去掉循环前缀的K 个用户的接收信号为：个用户的接收信号为：Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 49 使用使用DOA估计的方法得到估计的方法得到K个等效频偏；个等效频偏；使用使用 得到频偏的集合得到频偏的集合 使用使用ML估计式，在已经得到的频偏集合中完成频
45、偏匹配估计式，在已经得到的频偏集合中完成频偏匹配 OFDMA频偏估计频偏估计qQkk)()(Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 50OFDMA频偏估计频偏估计05101520251E-51E-41E-30.010.11MSESNR K=4 K=8 K=12 载波频偏估计在多径环境的载波频偏估计在多径环境的MSEMSE性能（性能（N=512,P=32,Q=16N=512,P=32,Q=16）Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 51OFDMA频偏估计频偏估计认知无线电中，子载
46、波的使用情况是变化的认知无线电中，子载波的使用情况是变化的 如何同步如何同步 如何自适应信道的使用情况，子载波接入的方法如何自适应信道的使用情况，子载波接入的方法Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 52研究计划研究计划 2006.9月完善月完善OFDMA（802.16）频偏估计的性能分析）频偏估计的性能分析 2007年上半年结合认知无线电，研究年上半年结合认知无线电，研究OFDMA的子载波分的子载波分配策略和频偏估计算法。配策略和频偏估计算法。2007年下半年论文初稿年下半年论文初稿Broadband Wireless Commun
47、ications LaboratoryPage 53文章发表情况文章发表情况 基于基于ML估计的高效估计的高效OFDM整数倍频偏估计算法整数倍频偏估计算法，西，西电学报电学报Vol.32,No.4,2005,9 EI:05369347119 Carrier-Frequency Offsets Estimation Based on ML and ESPRIT Method for OFDMA Uplink IEEE Aina2006 基于基于ML和和ESPRIT方法的方法的OFDMA上行链路频偏估计算法上行链路频偏估计算法 已投电子与信息学报已投电子与信息学报Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 54所从事的科研工作所从事的科研工作“十五十五”国防预研项目：软件电台基础理论和算法研究国防预研项目：软件电台基础理论和算法研究“863”项目：认知无线电技术研究项目：认知无线电技术研究 基金重大课题：新型载波系统和智能无线媒体接入技术基金重大课题：新型载波系统和智能无线媒体接入技术 Broadband Wireless Communications LaboratoryPage 55谢谢！
