正交频分复用OFDM及其应用.doc

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1、 学号20090402501040 密级武汉大学东湖分校本科毕业论文 正交频分复用OFDM及其应用 院（系）名 称：电信学院专 业 名 称 ：09电子信息工程学 生 姓 名 ：田磊指 导 教 师 ：焦淑卿 副教授 二一三年五月 BACHELORS DEGREE THESIS OF DONGHU COLLEGE WUHAN UNIVERSITYOrthogonal Frequency DivisionMultiplexing OFDM Technology and its Application College ：Electronic information engineering Subjec

2、t ： Electronic Information Engineering Name ：Tian LeiDirected by ： Professor Jiao ShuqingMay 2013 郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作本人签名： 日期： 摘 要正交频分复用（OFDM）是通过多载波调制（MCM）发展而来。世界上第一个MCM系统是由美国军方在五六十年代就创建的。在七十年代衍生出了利用大规模子载波技术和频率重叠技术的OFDM系统。但由于一

3、些技术未能突波，使得OFDM理论的迈进放慢。随着DSP芯片技术的快速发展，大规模集成电路可以实现FFT/IFFT技术。正交频分复用技术由其频谱利用率高，成本低，抗多径衰落，带宽扩展性强等优点已经收到人们的强烈关注。随着人们对数据通信数据化，快速化，个人化，宽带化和移动化的需求，OFDM技术正被广泛运用于移动通信中。OFDM系统是在相互之间具有正交性的且传输速率低的多个并行子载波上进行传输调制的。与此同时，在OFDM符号之间增加保护时间和循环前缀能够有效的避免由多径效应导致的符号间干扰，同时也保证了符号之间的正交性。这说明OFDM非常适合多径无线信道环境。本论文讨论了OFDM的基本原理，对OFD

4、M系统的信道估计，同步技术作出了一定的阐述和分析，也讨论了OFDM与CDMA的结合问题，与此同时也对OFDM在无线通信里的应用作了一定的探讨。关键字：OFDM； 子载波； 无线信道； 正交性； 多径干扰; 符号间干扰ABSTRACTOrthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is the multi-carrier modulation (MCM) which coming. The worlds first MCM system is created by the United States Army in the fifty or s

5、ixtys. In the seventys was derived using the OFDM system of large scale mold carrier technology and frequency overlap technique. But because of some technical failed to surge, the OFDM theory goes the slow. With the rapid development of DSP chip technology, large scale integrated circuit can realize

6、 the FFT/IFFT technology. Orthogonal frequency division multiplexing technology by its high spectrum efficiency, low cost, multipath fading, bandwidth expansion advantages have received intense attention. Along with the people to the data communication data, fast, personalized, broadband and mobile

7、demand, OFDM technology is being widely used in mobile communications. The OFDM system is orthogonal and low transmission rate of many parallel sub-carriers for transmission modulation in between. Sub-carrier spectrum overlapped transmission data, restore orthogonality end by using each subcarrier r

8、eceived. This OFDM system will have a very high frequency spectrum utilization. At the same time, increase the protection time and cyclic prefix in OFDM symbol can effectively avoid caused by multipath inter-symbol interference, but also guarantees the orthogonality between symbols. This shows that

9、OFDM is very suitable for multipath wireless channel environment. In this paper, through the development of OFDM technology, the basic principle and the OFDM channel estimation, synchronization technology has made certain explanation and analysis, also discussed the combination of OFDM and CDMA, and

10、 yet at the same time, the application of OFDM in wireless communication has made the certain analysis.Keywords: OFDM; carrier; wireless channel; orthogonality; multipath interference; inter-symbol interference目录摘要I引言1第一章OFDM的发展历程2第二章OFDM的基本原理42.1 信号的生成42.2 保护时间和时间前缀62.3 加窗技术8第三章信道估计103.1 导频图案的选择103

11、.2 信道估计的算法123.2.1 最小二乘估计（LS）123.2.2最小均方差估计（MMSE）12第四章OFDM中的同步技术134.1 频率同步误差的影响134.2 时间同步误差的影响144.3 OFDM系统中的各种同步算法15第五章OFDM的应用175.1 OFDM技术的优点与不足175.1.1 OFDM技术的优点175.1.2 OFDM技术的不足185.2 OFDM在DAB、DVB中的应用195.3 OFDM与CDMA的结合以及在LTE中的应用205.3.1 OFDM与CDMA的结合方式21 5.3.2 OFDM在LTE中的应用23结论25致谢词26参考文献27引言OFDM技术的应用始于

12、1960，主要用于军事通信，但究其复杂的结构以及复杂的算法，使得OFDM不得不放慢了脚步。70年代，随着FFT实现多载波调制，使得OFDM技术开始走向实用化。随着数字信号处理技术和芯片的快速发展，OFDM在DAB,DVB和HDTV等系统中得到了很大的成功，进入90年代以来，对OFDM技术的研究深入到无线信道的宽带传输，进入到21世纪，OFDM正以全新的面貌走进人们的生活。无线信道的一个重要特点是多径传播，这会使得信号在接受处产生重叠而引起码间干扰。当传输速率很高的时候，信号持续时间就短，相应的带宽就宽，倘若信号带宽超过信道带宽。此时就会出现频率选择性衰落。OFDM在频域把传播信道分解成多个相互

13、正交的子信道，各个子信道之间保持相互正交，频谱发生重叠，这样即减小了子信道间的干扰，也提高了系统频谱使用效率，此时在各个子信道上信道带宽大于信号带宽，虽然这样整个信道不是平坦的频率选择性，但是子信道之间却相对维持平坦，这很大程度上减小了码间干扰。这说明OFDM适合在多径环境和频率选择性衰落信道的高速数据传输中应用。由于OFDM具有抗多径干扰能力强，频谱利用率高，成本低等优点，因此受到广泛关注，人们不但认为在宽带无线接入领域采用OFDM是一种趋势，而且在未来移动通信系统中也会扮演重要角色。但是OFDM也有一些不足的地方，像对频偏和相位噪声比较敏感，峰均值较大等。第一章 OFDM的发展历程OFDM

14、（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，OFDM并不是新生事物，它实际上是MCM(Multi-carrier Modulation)多载波调制发展而来。而多载波通信系统就是将一个高速的数据流分成若干个子数据流，然后将这些低速的数据流调制到相应的子载波上去，从而构成一个由多路低速数据并行传输的系统。在以往的多载波移动通信方案中，整个系统频域被划分为许多个相互分开的子信道。载波之间利用保护间隔分离，各个子信道在接受端分离之后再接受所需要信息。这样虽然能够消除不同信道互相之间的干扰，但却牺牲了频谱的使用效率。而且当子信道个数相当大的

15、时候，大量分离的各个子信道信号的滤波器的设置就成了完全不可能的事情。美国军方早在五六十年代就创建了世界上第一个MCM系统。在七十年代衍生出了采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统。但由于一些技术未能突波，使得OFDM理论的迈进放慢。由于OFDM的各个子载波之间相互正交，可采用的FFT(快速傅里叶变换)实现这种调制，但在实践应用中，实施傅里叶变换设备的计算度、发接器件的振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素都限制了OFDM技术的进一步推广。直到 80年代，MCM获得了快速的发展，大规模集成电路系统让FFT技术的完成不再是难以攻克的问题，一些其他难以攻克的困难也都被解决，自此，人们

16、才研究如何将OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。20世纪90年代，OFDM开始被欧洲和澳大利亚广泛应用于广播信道的宽带数据通信。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统，例如数字音频广播（DAB）、高清晰度数字电视（HDTV）和无线局域网（WLAN）。在研究OFDM技术之前我们可以先了解一下OFDM系统结构图，如图1-1所示，从整体上了解OFDM系统的结构。编码发送端接受端交织数字调制插入导频串/并转换IFFT FFT串/并转换插入循环前缀和加窗DACRF TXRF TXDAC定时和频率同步去除循环前缀串/并转换串/并转换信道校正数字解调解交织解码

17、图1-1 OFDM系统结构图在此图串/并转换中，由于数据传输的典型形式是串行数据流，符号被连续传输，每一个数据符号的频谱可以占据整个可以使用的带宽。在并行数据传输系统中，许多符号被同时传输，减少了那些串行传输系统中出现的问题。在OFDM系统中每个传输符号速率范围是几十比特/秒至几千比特/秒。所以必须进行串/并变换，将输入串行比特转换为可以传输的OFDM符号。接收端则执行相反的过程。第二章 OFDM基本原理 OFDM系统的基本原理是把在很高速度传输下的数据流分解为多路并行的相对速度较低的数据流，同时传送在多个载波上。对于并行传输的低速子载波来説，因为OFDM符号周期展宽，而让多径效应导致扩展的时

18、延相对减小。在每个OFDM符号内插入相应的保护间隔后，可以实现消除码间干扰。在OFDM系统设计中，我们需要考虑一些重要的因素。如有多少个子载波、保护间隔、载波间隔、各个载波的调制解码方式及对前向纠错编码的选定。这些因素的选择要依靠系统的应用与传播环境的要求，如有效系统带宽、能够容忍的多径时延及多普勒频移等。一些要求是相互矛盾的。例如，为了容忍较高的时延扩展，则子载波数目要求提高，但这将使得系统对于多普勒效应更加敏感，反之亦然。2.1 OFDM信号的生成正交频分复用（OFDM）是多载波调制(MCM)技术的一种，其方法是把数据流进行串/并变换为N路速率较低的子数据流，用子数据流分别分解成N路子载波

19、后再传输。由于N路数据流的传播速度是原来的1/N倍,即符号周期扩大为原来的N倍，比信道的延迟扩展的最大值还要大，把宽的频率选择性信道调制为N个均衡和较为简单的窄带平坦衰落信道，从而具有较强的抗多径衰落和抗脉冲干扰能力。同时OFDM使用时域相互正交的子载波方式，子载波之间可以相互混叠，但是在接受端仍然可以被分离出来，大大提高了频谱的利用率。OFDM系统框图如图2-1所示。串并转换g（t）g（t）g（t）信道并串转换+图2-1 OFDM系统框图一个OFDM符号内包含多个经过相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）构成叠加的子载波调制信号，其通带信号可以表示为式（2-1）。（2-1）式中， N表

20、示子载波数目； 表示第i路的基带复数据信号； 表示中心载波频率。T表示符号周期；在理论分析中，OFDM符号表达式示为式（2-2）。 （2-2）式中， 表示调制的标准正交子载波矢量，即满足关系,表示并行发送信号矢量，式中信号的实部与虚部相对应同相分量和正交分量。因为子载波之间相互正交的特性，一般利用子载波信号中的一路对这路数据进行解调，从而解调出这一路的信号。例如对第k路子载波进行解调，可以得到式（2-3）。 （2-3）假设在一个周期范围内各个子载波发送的都是矩形信号的波形被限制，则各个子载波的信号的频谱图为抽样函数。如果数据矢量为全1矢量，则单个子载波的频谱和由9个子载波构成的OFDM符号的频

21、谱如图2-2所示。由此示例可以得出，OFDM系统满足奈奎斯特无载波间干扰准则。但此时成形的符号不像普通的系统，形成的脉冲不在时域里，而是在频域完成的。因此，根据时域频域对偶关系，通常OFDM系统中引起的符号间干扰（ISI），却变成了子载波间干扰(ICI)。为了避免子载波间干扰，对OFDM系统的采样频率提出了更高的要求。图2-2 OFDM符号频谱结构2.2 保护时间和循环前缀设输入的某一符号块序列为 ,则相应的输出用矩阵形式如下：（2-4）因为信道有记忆性，引起输出块的结果不仅与当前输入块有关，还与上一个块的最后M个输入有关，这样就引起了IBI（块间干扰）。把保护间隔（GI）插入在每个OFDM符

22、号之间, 以便消除块间干扰，并且要保证保护间隔的长度要大于通信信道中的最大时延扩展，即在N个数据块后增加M个0。如图2-3所示。保护时间加入保护间隔的N+M点数据 00 0共M个0N点数据块图2-3 插入保护间隔图示但此时由于多径效应的影响，子载波之间可能不能维持相互正交，从而引起子载波间干扰（ICI），即子载波之间的正交性受到破坏。这种效应如图2-4所示。子载波1延迟的子载波2子载波2对子载波1的干扰部分保护时间FFT积分时间OFDM符号周期图2-4 子载波的正交性遭破坏如图2-4所示，当OFDM接收机对子载波1的信号进行解调时，会引起子载波2对它的干扰，同理亦然。这主要是因为在FFT积分时

23、间里，两个子载波的周期不再保持整数倍，因而不能保证正交性。为了消除ICI，OFDM符号可以向保护时间内插入循环扩展信号，称为循环前缀（CP）,在其中加入CP后输入输出的关系式为：（2-5）插入的循环扩展信号是将OFDM符号尾部的信号牵移到头部结构，因而能够保证有时延的OFDM信号在FFT积分周期内总是可以具有整倍数周期。因此，只要保护时间大于多径时延，就不会引起载波间干扰。由图2-5所示为多径效应影响OFDM的示意图。假设OFDM信号经过两径衰落信道，采用BPSK调制。图中的保护时间大于多径时延，因此，第二条径的相位跳变点正好在保护时间内，接收机接收到的是满足正交特性的多载波信号，不会引起性能

24、损失。倘若多径时延大于保护时间，这样相位跳变点位于积分周期内，则多载波信号之间的相互正交性遭到破坏，从而引起子载波干扰。OFDM符号周期第一条到达径信号第二条到达径信号多径时延保护时间FFT积分时间相位跳变图2-5 两径信道中OFDM符号的传播示意图2.3 加窗技术前面已经接受了OFDM符号的生成、采用循环前缀消除码间干扰。但从图2-5中可以看出符号边界发生尖锐的相位跳变。则可以看出，OFDM的带外衰减是比较慢的。为了使ODFM信号的带外衰减更快，可以采用对单个OFDM符号加窗技术。对OFDM符号“加窗”可以使信号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。常用的窗函数是升余弦滚降窗，定义为： （2-6）式

25、中， 表示滚降因子； 表示OFDM符号周期。因为前后相邻的OFDM符号有一部分叠加，因此它比实际的符号持续的时间要短。对OFDM信号加窗之后的时序图为图2-6，G为保护时间。T T.prefixTT.postfix图2-6 OFDM加窗后的时序结构OFDM加窗的处理过程：首先Nc个QAM符号填0得到N个符号进行IFFT运算，然后将IFFT输出的尾部的Tprefix个样值添加到OFDM符号的头部，将OFDM符号头部的Tpostfix样值添加到OFDM符号的尾部。最后升余弦滚降窗函数相乘，与前一个OFDM符号 区域内的样值叠加，形成最终的信号形式。例外，增大滚降因子，虽然可以使带外衰减更迅速，但是

26、降低了OFDM系统对多径时延的容忍程度。因此，在实际系统中，应当选择较小的滚降因子。第三章 OFDM信道估计无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约和影响。信道描述了信号从发送端到接收端所经历的一切媒介，包括从发射机到接收机之间信号传播所进过的物理煤质，像光缆信道、电缆信道、无线信道等等。其中无线传播信道不像有线那样固定可以预见，它具有很大的随机性，会引起传输信号的幅度、相位、频率的失真，产生符号间干扰等。这样给接受机提出了很大的挑战，信道估计器 接收机的一个重要组成部分。常见的信道估计方法有基于导频信道和基于导频符号两种方式，但是由于多载波系统具有时频二维结构特性，使得后者的设计更灵活方便，

27、即可以同时在时间轴和频率轴两个方向添加导频符号，在接受端用导频符号来估计信道传输函数。在OFDM系统中信道估计器的设计理念主要涵盖两个方面：一是导频信息的选择以及发送时机的把握，因无线信道具有时变性，使得一定要连续不断的发送导频信号；二是在确定导频发送方式和信道估计原则后，为了使均方误差最小，需要寻找合适的信道估计器，同时在复杂度和良好的导频性能间取最佳方案。 信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行数学研究的过程，是信道对输入信号影响的一种估计表示。如果信道是线性的，那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。信道估计的原则就是使某种估计误差最小化，同时还要求降低算法的复杂度，并且具

28、有可实现性。通过对信道的估计算法，接收机能够获得信道的冲激响应。在当代无线通信系统中信道信息已经被充分的利用。自适应的信道均衡器可以通过信道估计来消除ISI的影响；分集技术通过信道估计，实现接收信号合适匹配的接收机；最大似然检测通过信道估计能够使接收端错误概率最小化；相关解调通过信道估计提供的信号来完成信号的检测，与非相干解调相比较，相干解调可以提高系统的整体性能。3.1 导频图案的选择导频插入有块状导频和梳状导频两种方法。块状导频主要在慢衰落的无线信道中使用，周期性地在时域内插入多个特定的OFDM符号，不需要在接受端进行频域内的插值，所以这种导频在时间方案下对频率选择性的选择程度不高。梳状导

29、频主要在快衰落的无线信道中使用，梳状导频均匀分布在每个OFDM块中，梳状导频因有更高的重传率，使得在快衰落信道下梳状导频估计的效果更好。但是在梳状导频的条件下，只有根据对频率子载波上的信道特性的插值进行估计，才能得到非导频子载波上的信道特性，因此这种导频方式对频率选择性衰落相对敏感一些。为了有效避免频率选择性衰落，子载波间隔被要求比信道的相关带宽要小很多。为了保证可以使用信道的变化，导频密度能够参考二维奈奎斯特采样定理。即无失真恢复的抽样间隔必须小于抽样信号两倍带宽的倒数。若时频方向上导频间隔相应为It和If, max表示最大多径时延, f dmax表示最大多普勒频移位，OFDM符号的周期是T

30、，子载波间隔是f，在通常情况下，导频的时域间隔要求不大于相干时间，导频的频域间隔要求不大于相干带宽，这样才能更好地估计无线信道的变化，时域和频域的导频间隔可参考式（3-1）。 （3-1）考虑到同步误差和一些其他相关误差，我们可以参照导频间隔关系如下： （3-2）完成导频的信道估计需要以导频的选择与插入为基础，对于导频的选择与插入有以下结论：（1）最优导频位置。在把加性高斯白噪声为背景的条件下，当M个导频的位置为I,i+N/M,，i+(M-1)N/M,i=0,1,，N/(M-1)时，能够得到信道信息的最小均方误差估计。（2）导频的数量。在无噪声的背景下，OFDM系统N个子载波中可以让任何M个作为

31、训练导频，能够完整地解调出信道信息，N表示OFDM系统中全部的子载波数，M表示信道的最大长度。在安排导频符号时，还应当尽量保证1帧中的第一个和最后一个OFDM符号内包含有导频符号，同时能够让第一个和最后一个子信道中也包含有导频符号， 这样就能保证每帧边缘的估计值相对比较准确。插入导频符号同样会带来资源浪费，由插入导频带来的资源浪费可以表示为 （3-3）所以其信噪比损失为：（3-4）3.2 信道估计的算法3.2.1 最小二乘估计(LS)要运用LS估计算法，就是要求 。（3-5）利用最小二乘估计方法得到的信道估计结果受高斯白噪声和子载波间干扰（ICI）的影响很大。由于数据所占子载波的信道估计是在导

32、频子载波信道估计插值后得到的，则OFDM系统的性能受到导频信号估计结果的影响。3.2.2最小均方误差估计（MMSE）MMSE的估计性能要优胜于LS估计算法，其形式为：（3-6）式中 为式（3-5）所定义， 表示噪声的方差，（3-7）（3-8）（3-9）最小均方误差估计的最大缺点是运算量特别大。与最小二乘估计比较，MMSE估计算法性能有1015dB的增益，MMSE估计算法需要对矩阵求逆，在OFDM系统子载波有较大数目的情况下，矩阵的运算量也会变的相当巨大，实现起来相当困难。第四章OFDM中的同步技术在OFDM系统中，子载波的同步是要求发送端和接收端具有相同的频率。如果频率不同，存在任何偏差，都会

33、引起载波间干扰。与此同时还将伴随着相位噪声，这样将使实际的振荡器不能在一个精确的频率上工作而产生子载波，而是使子载波受相位影响而调制，结果使得作为相位的时间产物的频率不能为一个常量，最后在OFDM的接收端将受到载波间干扰的严重影响。对于单载波系统，载波频率的移动偏差只会造成接受端相应的衰减和相位转移，这能够利用均衡等方法克服。但对于多载波来説，载波频率的偏移会引起子信道之间产生干扰，但OFDM系统要求子载波严格保持同步，这样使得载波的频率抖动带来的影响将会更加严重。因此，在接收机正常工作之前，OFDM系统至少先完成两个必要的同步工作。其一是时域同步，这就要求OFDM系统必须找到OFDM符号的边

34、界和最佳采样时刻，即找到最佳的采样时钟，从而使载波之间相互干扰和码间干扰造成的影响最小。其二是频域同步，这要求必须正确估计出载波偏移，由于任何的载波偏移都会引起载波间干扰。当然，出了频率，载波的相位也是需要同步的。4.1频率同步误差的影响载波频率同步误差会使接受器对接受信号在频域产生偏移。若频率误差是保护时间f的整数倍，那么接受端接受到的QAM信号的子载波频谱将平移N个载波位置。虽然这个时刻子载波之间仍然相互正交，但是OFDM信号的频谱结构发生了错位，从而将导致对系统的严重影响。若频率误差不是保护时间的整数倍，则一个子载波的信号能量将被相邻的两个载波分散，这将导致子载波之间失去正交性，导致载波

35、间干扰，同时也造成系统性能的下降。图4-1给出了OFDM信号的频谱及接收端采样频率有偏移时，导致载波间产生干扰的情况。A(f)A(f) 图4-1 频率误差造成OFDM系统产生载波间干扰在OFDM系统中，要想正确接受信号，就要保证载波间的正交性，就要保证发送和接受的子载波完全同步一致。任何的频率偏移都会引起载波干扰。在实际系统中，因本地时钟源对产生的载波频率会出现不可避免的误差，总要依靠一些随机相位生成信号，结果引起接收机接受的信号频率与发送端的信号频率不相符。对于单载波而言，相位噪声和频率偏移只是引起信噪比损失，但不会导致干扰。可对于多载波来説，却会引起子载波间相互干扰，因此，OFDM系统对载

36、波偏移要比单载波系统要敏感的多，这样就对OFDM系统提出了更高的要求。4.2 时间同步误差的影响相比与频率误差，时间同步误差不会导致子载波间干扰。但是它会导致FFT处理窗包含两个OFDM符号，从而引入了OFDM符号间干扰（ISI），并且即使FFT处理的位置有所偏移，也同样会导致OFDM信号频域的发送移动，随着引起信噪比损失，导致误比特率下降。如果在OFDM的接受采样数据流中，FFT处理窗位置发生了移动，根据傅里叶变换的时域平移特性：（4-2-1）可知，OFDM信号的频移引起相位的偏移。时域偏移误差 在相邻子载波间引起的相位误差为 。假如时域偏移误差刚刚好是采样时间间隔的整数倍，即 ，那相应的相

37、位偏移则为 ，式中N为FFT数据处理的长度。这种误差对OFDM系统的影响也是很大的。如果存在较大的时域同步误差，FFT处理窗已经超出了当前OFDM符号的保护时间和数据区域，而包含了相邻的OFDM符号，则引起码间干扰，从而导致系统性能下降。图4-2给出了FFT处理窗位置与OFDM符号时序的相对关系图。CP1CP2Data1Data2超前放置FFT处理窗延迟放置FFT处理窗TgT图4-2 FFT处理器位置与OFDM符号时序的相对关系如图4-2所示，保护时间和有效数据采样形成一个OFDM符号，前面是保护时间，随后是有效数据。一旦FFT处理窗发生延迟，则会引起FFT积分处理时包含两个OFDM符号 ，即

38、当前符号与下一个符号样值。若FFT处理窗超前，则FFT积分处理会包含一部分当前符号的数据与一部分保护时间。后者不会引起码间干扰，而前者却能够导致对系统的严重影响。4.3 OFDM系统中的各种同步算法一般来说，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在捕获阶段系统利用比较复杂的同步算法，对相对长的时段的同步信息进行整理加处理，获得初步的系统同步。在跟踪阶段，应用相对于捕获而比较简单的同步算法，对于小范围的变化进行调整。在系统同步过程的初步阶段，时域误差和频域误差都是不知道的，因此，同步算法必须具有充分的鲁棒性，来适应随时变化的误差。OFDM同步算法可以分为以下几类：1. OFDM数据帧和符号的粗同步算法，这

39、一般要依赖发送数据流中额外的多余信息来实现。2. OFDM符号的精细同步算法，OFDM符号的跟踪算法一般要基于频域或者时域来进行相关运算。可以利用接受信号中同步导频信号与已知同步序列进行频域相关运算来进行符号的跟踪。同时，也可以利用循环前缀的余性，通过在数据样值和循环前缀样值来进行积分跟踪符号。3. OFDM频域捕获算法，这能够提供初始频率误差估计，只有当频率捕获足够准确时，才能够支持后续的频率跟踪。一般来说，最初的频偏估计一定要小于一半的子载波间隔。4. OFDM频域跟踪算法，只有当频率误差小于载波隔间一半时才能进行频率跟踪。可以利用重复发送的OFDM符号子载波间的相位差来展开频率跟踪。当然

40、也可以通过将频域同步子载波嵌入到数据符号中，来测试相邻OFDM符号的相位偏移。第五章OFDM的应用OFDM由多载波调制发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方一，它利用快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换来实现它的调制和解调，是实现复杂度最低，同时也是使用最广范的一种多载波传输方案。在以往的频分复用技术系统中，为了能够让接受端利用传统的滤波器在不同载波上分离和提取信号，各载波上的信号频谱是不能重叠的。OFDM系统是通过较低的传输速率，且彼此之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输调制的。具有重叠的子载波频谱，接收端利用个子载波间的相互正交性解调发送的数据。这样OFDM系统将高效的利用频谱。与

41、此同时，在OFDM符号之间增加保护时间和循环前缀可以有效的消除由多径效应引起的符号间干扰，同时也保证了符号之间的正交性。这说明OFDM非常适合多径无线信道环境。OFDM由于其抗多径衰落的能力强，频谱利用率高，成本低等原因，当代它越来越受到人们的关注。随着人对通信数据化，宽带化和移动化的需求的增大，OFDM技术在综合无线接入领域将会有很大的发展前景。OFDM在非对称的数字用户环路（ADSL），以及数字音频广播中都以及被广泛运用。在当代，第三代网络3G，第四代网络4G(LTE)中都被广泛的运用。5.1 OFDM技术的优点与不足5.1.1 OFDM技术的优点（1）频谱利用率高 由于FFT处理能够使各

42、个子载波部分重叠，因而理论上可以接近奈奎斯特极限。OFDMA（正交频分多址）基于OFDM技术为基础，实现小区内各用户之间正交性，从而很大程度上避免了用户间干扰，保证了用户的正常交流。这使OFDM系统可以实现很高的小区容量。（2）抗多径衰落 单载波信号的多径均衡的复杂度随着带宽的增大而急剧增大，这难以支持较大的带宽。而OFDM是将高速的数据流分解成低速的数据流传输，即将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看做水平衰落信道，这样很大程度的降低了接收机均衡器的复杂度。（3）带宽扩展性强在OFDM系统中，子载波的数量决定了OFDM信号带宽的大小。这样使得OFDM系统具有很好的带宽扩展性。很容易实现小到几百KHz,大到几百MHz的带宽。随着当代移动通信宽带化，特别是现阶段中国移动建设的LTE网络中，OFDM系统对大带宽的有支持这一优点得到了很大程度的利用。（4）频谱资源的灵活分配