基于OFDM系统的频域同步估计技术

文章摘要：电路仿真其仿真条件为：瑞利信道，SNR为15dB，载波频偏设为-14.9倍子载波间隔(即整数倍频偏值为-15，小数倍频偏值为0.1倍子载波间隔)，采样钟偏移为50ppm，保护间隔长为512，定时符号偏移为-100个采样点。此电路工作频率为10MHz。输入的16位复数据由MATLAB仿真程序产生的。整数倍频率偏移电路仿真由于电路波形中无法表示小数，因此将各小数进行“扩展”，其表示皆为二进制数据，以下同。在图4.1中，out_re[31]和out_im[31]分别是前后两个OFDM符号中对应子载波相关结果的实虚部的符号位，int_freqoffset[5..0]和syn_int分别是整数倍频偏估值

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　　电路仿真

　　其仿真条件为：瑞利信道，SNR为15dB，载波频偏设为-14.9倍子载波间隔(即整数倍频偏值为-15，小数倍频偏值为0.1倍子载波间隔)，采样钟偏移为50ppm，保护间隔长为512，定时符号偏移为-100个采样点。此电路工作频率为10MHz。输入的16位复数据由MATLAB仿真程序产生的。

　　整数倍频率偏移电路仿真

　　由于电路波形中无法表示小数，因此将各小数进行“扩展”，其表示皆为二进制数据，以下同。在图4.1中，out_re[31]和out_im[31]分别是前后两个OFDM符号中对应子载波相关结果的实虚部的符号位，int_freqoffset[5..0]和syn_int分别是整数倍频偏估值和其有效起始位置脉冲。

图4.1 整数倍频偏估计部分的电路仿真波形图

　　由于整数倍频偏在每一符号的结束处才能估计出来，所以syn_int在每一个符号的结束处出现，其后即为当前符号的整数倍频偏值。由于本算法利用了4个符号的连续导频，故图4.1中，从第四个syn_int后的int_freqoffset[5..0]才是当前符号的整数倍频偏估计值。由仿真波形可看出，估出的整数倍频偏与仿真数据中所假设的一致。故用此算法的简化形式可以准确地估计出整数倍频偏值。

　　小数倍频率偏移及采样钟频率偏移估计的电路仿真

　　sernum[1..0]表示前级输入的符号类型；syn为输入复数据中的有用数据起始脉冲；rein[15..0]和imin[15..0]分别为FIFO模块输出复数据的实虚部；syn_offset为小数倍频偏和采样钟偏移估计结果的起始位置；fri[14..0]和qdelt[14..0]为小数倍频偏估计值和采样钟偏移估计值，它们由1位符号位和14位小数位组成。这里的小数位数是根据其估计范围和估计精度要求来确定的。

　　在图4.2中，小数倍频率偏移和采样钟频率偏移估计模块使用连续导频进行估计。在每个符号末，syn_offset高电平有效时，fri[14..0]和qdelt[14..0]才是当前符号的小数倍频率偏移和采样钟频率偏移估计值。波形中的估值与实际数据的对应关系如表4.1所示。

图4.2 小数倍频偏和采样钟偏移估计单元的电路仿真波形图

表4.1 波形图中数据与实际数据对照表

　　小数倍频率偏移和采样钟频率偏移模块是在整偏校完之后才有效，此时的小数倍频率偏移是经过时域粗偏估计校正后的剩余部分。表4.1列出波形中的估值与实际数据的对应关系。从表中的数字对应关系可以看出，电路中估计的小数倍频偏与实际频偏的差在0.1%以内。采样钟偏移估计值与实际偏移误差为1ppm左右，这已满足了采样钟的粗调精度；相位输出为前后符号的小数倍偏频所引起的相位旋转。由此单元电路，可以准确地估计出小数倍频偏和采样钟偏移及其相位。

　　细定时同步估计的电路仿真

　　图中的data_re_in[15..0]和data_im_in[15..0]表示经公共相位校正后的复数据实虚部；syn_in是输入有用数据的起始位置脉冲；sym_type[1..0]是前端输入的符号类型；taok[22..0]和td[9..0]分别为估计的符号定时偏移和其整数部分；syn_tao是taok[22..0]的有效数据起始脉冲信号。

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