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同步在通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。例如，當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收機(jī)需要提取一個與發(fā)射載波同頻同相的載波；同時還要確定符號的起始位置等。
一般的通信系統(tǒng)中存在如下的同步問題：
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的載波頻率不同；
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的采樣頻率不同；
接收機(jī)不知道符號的定時起始位置。
OFDM符號由多個子載波信號疊加構(gòu)成，各個子載波之間利用正交性來區(qū)分，因此確保這種正交性對于OFDM系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，因此它對載波同步的要求也就相對較嚴(yán)格。
在OFDM系統(tǒng)中存在如下幾個方面的同步要求：
載波同步：接收端的振蕩頻率要與發(fā)送載波同頻同相；
樣值同步：接收端和發(fā)射端的抽樣頻率一致；
符號定時同步：IFFT和FFT起止時刻一致。
與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對同步精度的要求更高，同步偏差會在OFDM系統(tǒng)中引起ISI及ICI。下圖顯示了OFDM系統(tǒng)中的同步要求，并且大概給出各種同步在系統(tǒng)中所處的位置。
載波同步
發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的頻率偏差導(dǎo)致接收信號在頻域內(nèi)發(fā)生偏移。如果頻率偏差是子載波間隔的n（n為整數(shù)）倍，雖然子載波之間仍然能夠保持正交，但是頻率采用值已經(jīng)偏移了n個子載波的位置，造成映射在OFDM頻譜內(nèi)的數(shù)據(jù)符號的誤碼率高達(dá)0.5。
如果載波頻率偏差不是子載波間隔的整數(shù)倍，則在子載波之間就會存在能量的“泄漏”，導(dǎo)致子載波之間的正交性遭到破壞，從而在子載波之間引入干擾，使得系統(tǒng)的誤碼率性能惡化。下圖給出了載波同步與失步情況下的性能比較：
通常我們通過兩個過程實(shí)現(xiàn)載波同步，即捕獲（acquisition）模式和跟蹤（tracing）模式。在跟蹤模式中，只需要處理很小的頻率波動；但是當(dāng)接收機(jī)處于捕獲模式時，頻率偏差可以較大，可能是子載波間隔的若干倍。
接收機(jī)中第一階段的任務(wù)就是要盡快地進(jìn)行粗略頻率估計，解決載波的捕獲問題；第二階段的任務(wù)就是能夠鎖定并且執(zhí)行跟蹤任務(wù)。把上述同步任務(wù)分為兩個階段的好處是：由于每一階段內(nèi)的算法只需要考慮其特定階段內(nèi)所要求執(zhí)行的任務(wù)，因此可以在設(shè)計同步結(jié)構(gòu)中引入較大的自由度。這也就意味著，在第一階段（捕獲階段）內(nèi)只需要考慮如何在較大的捕獲范圍內(nèi)粗略估計載波頻率，不需要考慮跟蹤性能如何；而在第二階段（跟蹤階段）內(nèi)，只需要考慮如何獲得較高的跟蹤性能。
符號定時同步
由于在OFDM符號之間插入了循環(huán)前綴保護(hù)間隔，因此OFDM符號定時同步的起始時刻可以在保護(hù)間隔內(nèi)變化，而不會造成ICI和ISI，如下圖所示：
只有當(dāng)FFT運(yùn)算窗口超出了符號邊界，或者落入符號的幅度滾降區(qū)間，才會造成ICI和ISI。因此，OFDM系統(tǒng)對符號定時同步的要求會相對較寬松，但是在多徑環(huán)境中，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，需要確定最佳的符號定時。盡管符號定時的起點(diǎn)可以在保護(hù)間隔內(nèi)任意選擇，但是容易得知，任何符號定時的變化，都會增加OFDM系統(tǒng)對時延擴(kuò)展的敏感程度，因此系統(tǒng)所能容忍的時延擴(kuò)展就會低于其設(shè)計值。為了盡量減小這種負(fù)面的影響，需要盡量減小符號定時同步的誤差。
當(dāng)前提出的關(guān)于多載波系統(tǒng)的符號定時同步和載波同步大都采用插入導(dǎo)頻符號的方法，這會導(dǎo)致帶寬和功率資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的有效性。實(shí)際上，幾乎所有的多載波系統(tǒng)都采用插入保護(hù)間隔的方法來消除符號間串?dāng)_。為了克服了導(dǎo)頻符號浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，我們通常利用保護(hù)間隔所攜帶的信息完成符號定時同步和載波頻率同步的最大似然估計算法。
同步是OFDM系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的問題，同步性能的優(yōu)劣直接影響到OFDM技術(shù)能否真正被用于無線通信領(lǐng)域。在OFDM系統(tǒng)中，存在多種級別的同步：載波同步、符號定時同以及樣值同步，其中每一級別的同步都會對OFDM系統(tǒng)性能造成影響。這里我們首先分析了OFDM系統(tǒng)內(nèi)不同級別的同步問題，然后在此基礎(chǔ)上介紹了幾種分別用于載波同步和符號定時同步的方法。通過分析可以看到，只要合理地選擇適當(dāng)?shù)耐椒椒�，就可以�?span lang="EN-US">OFDM系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步，從而為其在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
