Chen peut Chen Ying, Deng Qiang

(Sud-Ouest Institut de technologie électronique, Chengdu 610036)

: OFDM comme une technologie clé du système de communication de la prochaine génération, nécessaire pour résoudre ses problèmes de synchronisation. Sur la base des algorithmes ML proposé algorithme de synchronisation ML basé sur plusieurs symboles. Simulation dans des conditions de bruit blanc gaussien additif, les résultats montrent une amélioration des performances de l'algorithme de synchronisation beaucoup mieux que l'algorithme ML. Dans lequel le procédé d'estimation de synchronisation basé sur un des symboles successifs est supérieure à 2 dB lorsque le SNR est presque le taux de précision de 100%, deux de meilleures performances que la méthode basée sur la méthode d'estimation de cadencement de symboles de transmission est répétée à un SNR plus faible. SNR est d'environ -8 dB, l'erreur d'estimation de trois types de méthode d'estimation de décalage de fréquence d'optimisation sont à moins de 1%, nettement mieux que la fréquence ML algorithme d'estimation de décalage, démontré la supériorité de l'algorithme amélioré.

: Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence, l'estimation du maximum de vraisemblance; estimation de synchronisation, l'estimation de décalage de fréquence

: TN2 Code du document: A Numéro d'article: 0258-7998 (2014) 03-0097-04

Au début des années 1960, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) la technologie pour son efficacité spectrale élevée, la résistance aux interférences multivoie et d'autres avantages, vous avez été appliqués à une variété de systèmes de communications militaires à haute fréquence, y compris les Etats-Unis d'ANDEFT, KINEPLEX et KNTHRYN autre . Jusqu'aux années 1970, il a été proposé à l'aide IDFT / DFT pour obtenir une modulation / démodulation à porteuses multiples, la structure du système est simplifiée, de sorte qu'il a tendance à être plus pratique OFDM.

Le principal problème de l'OFDM est très sensible à l'erreur de synchronisation, erreur de synchronisation, et en particulier l'erreur de décalage de fréquence dans le nombre de cas d'erreur de synchronisation de porteuse encore plus faible peut provoquer des interférences graves inter-symbole et l'interférence inter-symbole, ce qui entraîne l'amplitude du signal l'atténuation et la rotation de phase, ce qui réduit considérablement les performances du système de communication.

ML algorithme utilisé ici multiple estimation de cadencement de symboles proposé deux types de trois types de procédé et une méthode d'estimation de décalage de fréquence correspondant à celle-ci. En théorie, le multi-symbole algorithme ML utilise une pluralité de symboles de transmission et des propriétés statistiques du terme d'interférence, afin d'optimiser l'algorithme de corrélation de données, ce qui réduit les erreurs de décision.

1 à des erreurs de synchronisation du système

analyse d'erreurs de synchronisation 1.1

Système de synchronisation OFDM non-concordance comprend: un émetteur et la fréquence de l'oscillateur du récepteur de décalage provoquée par un mésappariement et l'émetteur-récepteur dans une influence de décalage Doppler de communication mobile; incertitudes sur le temps de fin de réception de l'arrivée des symboles de données transmis; transmettre fin de la fréquence d'échantillonnage du convertisseur N / récepteur et un module a / module D existe déviation ne sont pas exactement les mêmes. synchronisation réalisable dans un système OFDM, il existe trois exigences principales:

Transporteur de synchronisation: le modulateur correspondant au module d'émission, du côté réception démodule module, deux modules nécessaires pour obtenir une même fréquence porteuse;

synchronisation Symbol: correspondant à l'IDFT, le module DFT, exige une extrémité de réception pour déterminer avec précision la position de début d'opération DFT symbole;

synchronisation d'échantillonnage: système correspondant D / A, A / D module convertisseur, de la fréquence d'échantillonnage du côté de la transmission cohérente nécessite la conversion numérique analogique et conversion analogique-numérique du côté réception.

Erreur sur la fréquence du système de décalage 1.2

OFDM ressort du principe qui est très sensible aux décalages de fréquence, les erreurs se traduira par une faible fréquence de décalage entre le support terminal orthogonalité de réception est endommagé.

Référence proposé en présence d'un bruit blanc gaussien additif et du décalage de fréquence ferror SNR effectif au niveau du côté de réception représenté dans la formule (2).

(2) montre que, si le système est un bruit blanc, de manière à atteindre au moins le signal de fin de réception de 30 dB par rapport au bruit, la valeur de décalage de fréquence doit satisfaire | ferror | 1.3 × 10-2, par conséquent, une estimation du décalage de fréquence la précision d'erreur minimale doit être maintenue à 1,3% des intervalles de fréquence des sous-canaux.

1.3 Impact sur l'erreur de synchronisation de symbole système

En raison des retards de transmission, le récepteur ne peut pas déterminer quand le signal arrive à la fin de la réception, il y a un écart de synchronisation d'échantillonnage? Dans? L'enfant. Intervalle d'échantillonnage temporel normalisé Ta décalage peut être obtenu:

Par la formule (4) peut être vu affecter l'erreur de synchronisation de symbole sont deux: (1) produit un facteur de rotation de phase dans le signal précis démodulé, qui amplitude est proportionnelle à la position de la sous-porteuse k, dans un résultat de mise en correspondance inverse de constellation erreur générée dans le procédé, (2) lorsque le décalage de synchronisation sur une période d'échantillonnage, à savoir lorsque s1, concernant l'introduction des termes ISI.

1.4 Effets de l'erreur de synchronisation d'échantillonnage du système

Un émetteur-récepteur disposé dans les deux extrémités de la déviation de la liste d'horloge d'échantillonnage T, ce sera la n-ième symbole OFDM de sous-porteuses k temps d'échantillonnage exprimés en :? Tn, m = (Ta +? dans T), alors:

Où a est la déviation normalisée de l'horloge d'échantillonnage.

Les problèmes causés par l'horloge d'échantillonnage décalés de formule (5) montre qu'il y a deux: (1) une dérive de synchronisation de symboles, ce qui provoque une rotation de phase des sous-porteuses; (2) la déviation de fréquence d'échantillonnage provoqué par l'orthogonalité entre les sous-porteuses est détruit, l'ICI introduit, amenant ainsi l'extrémité de réception de perte de SNR.

2 algorithme de synchronisation classique Présentation

SCHMIDL algorithme T et COXT D de mesure synchronisation M (d) trouver le point maximum qui est l'heure de début des symboles de données reçus. Mais la simulation a révélé que la fonction de mesure régulière ainsi réalisée est pas un pic aigu, mais il y aura une plate-forme de pointe, ce qui entraîne une ambiguïté temporelle.

Timing algorithme amélioré MINN T , la synchronisation est réalisée sur la base de SCHMIDL T et COXT D algorithme, qui est Internet floue convertie en valeur de crête, mais étant donné que la structure de cadre qui lui est propre, dont la fonction de mesure se produit plus d'un pic décision de la confusion.

algorithme Moose , un émetteur pour transmettre une répétition de symboles OFDM. L'algorithme est effectué dans le traitement de domaine de fréquence, principalement pour l'estimation de décalage de fréquence, et par conséquent nécessitent module supplémentaire de FFT, il augmente la complexité de l'extrémité de réception.

partie de la fenêtre algorithme de corrélation est utilisé principalement pour éliminer les effets de trajets multiples, qui utilise aucune interférence multivoie CP fait partie de l'estimation du décalage de temps, dans des conditions connues de trajets multiples maximum de retarder une bonne estimation possible, mais en réalité, au détriment de l'efficacité du transport en échange de précision temporelle.

L'algorithme de corrélation maximale est un algorithme simplifié algorithme ML ne considère que la corrélation entre le CP et une partie de données, et par conséquent la complexité de calcul est considérablement réduit par rapport à l'algorithme ML. Cependant, lorsque le SNR est grand terme d'énergie ne peut pas être ignoré, lorsque les erreurs d'estimation de synchronisation.

Algorithme pour ML pour la synchronisation et de la fréquence estimation de décalage est supposé que le canal est un bruit additif blanc gaussien est la condition sine qua non. Quand il y a des interférences par trajets multiples, la partie de CP de la corrélation de données est affecté, puis une gigue d'environ plus grande, le taux d'erreur de 95%. les signaux de communication sans fil sont essentiellement multiples et des interférences au sérieux, l'efficacité sont les différents algorithme de synchronisation comprend l'interférence algorithme ML, y compris la nécessité de résoudre le problème.

3 améliorations ML principe et algorithme

3.1 ML principe de l'algorithme

Maximum Likelihood mixte réaliser la synchronisation de porteuse et un procédé de synchronisation de symbole, la corrélation est basée sur le préfixe cyclique et la partie de données, peut être mis en oeuvre une estimation de synchronisation, d'estimation de décalage de fréquence peut être réalisée de manière relativement précise, une structure de trame de données comme indiqué sur la Fig.

On suppose que la synchronisation des symboles de décalage et la fréquence de décalage respectivement et. Procédé ml en utilisant deux types d'équation d'estimation conjointe de décalage:

3,2 algorithme amélioré ML

Cet article sera amélioré et une structure de trame de données sur la base de la méthode de jugement des principes de l'algorithme ML. Dans l'algorithme ML, basé sur un 2N + L échantillons considérés, en d'autres termes, obtenu selon un tel estimateur de modèle utilise uniquement les informations du symbole OFDM courant pour effectuer une synchronisation de probabilité maximale de décalage et le décalage de fréquence de chaque symbole estime que cette approche sensible aux interférences, erreur de jugement est relativement important. Elle peut être estimée en utilisant une pluralité de symboles OFDM joint, pour améliorer les performances de l'estimateur, d'une structure de trame de données comme représenté sur la Figure 2.

Une fois pour chaque décision d'algorithme ML nécessite des échantillons de trois symboles de données consécutifs dans la (2N + L), mais M fois le fonctionnement ML ne nécessite que des symboles de données M + 1, dans lequel le symbole de données partiel de multiplexage, à savoir, l'utilisation de M (N + L) échantillons N + d'estimation de synchronisation.

Timing Méthode d'estimation 1 de symboles de données M en utilisant la formule (9) est calculée, à savoir, ayant le même décalage de synchronisation et de décalage de fréquence, la durée de fonctionnement de M accumulé selon les continus symboles de données ML M + 1, en conformité avec les estimations ML correspondant au critère de cadencement la valeur de.

Procédé d'estimation de synchronisation, chaque opération ML (2N + L) des données (en plus de bruit blanc gaussien) est réglé identique, à savoir un symbole de données unique est M + 1 instants successifs transmis de façon répétée, en utilisant l'équation (10), les temps à savoir M ML accumuler les symboles de données estimés utilisées, de réduire les effets du bruit aléatoire, et la valeur est déterminée en fonction de critères ML.

Deux procédé amélioré d'estimation de synchronisation relation correspondante représentée sur la figure 3.

La figure 3 montre, la méthode la plus évidente de 2, mais le pic sidelobe est également relativement importante, une méthode est également apparente pic sidelobe des fluctuations relativement faibles près de pic de l'algorithme ML, le pic est pas évident, la pire performance relative.

L'estimation de l'instant correspondant à ce qui précède trois méthode d'estimation de décalage de fréquence proposé.

Décalage de fréquence selon l'estimation en utilisant l'estimation ML des M fois, selon la formule:

Ensuite, selon la formule:

écart calculé.

3 et de la fréquence de décalage Méthode d'estimation 2 estimation de synchronisation correspondant, obtenu par la méthode d'estimation de synchronisation ML 2, en utilisant l'équation (10) r « (k) d'estimation de décalage de fréquence obtenu selon la formule ML (8).

4 Analyse Simulation

des paramètres de simulation: modulation QPSK, M = 4, N = 1024, LCP = 128 = 792.

Les résultats de simulation:. les performances d'estimation de synchronisation de la simulation représenté sur la figure 4, qui est par les présentes sous i i, le temps de la méthode de synchronisation temporelle de l'erreur quadratique moyenne ?.

Dans lequel j est le nombre de simulations à chaque valeur de SNR de j = 1000, n est égal à des conditions déterminées SNR d'estimation de synchronisation Dir n fois obtenues par simulation, une estimation de cadencement de l'idéal.

La figure 4 que la performance optimale de la première méthode, trois types de résultats de performance simulés de bon à mauvais ordre: Méthode 1 > méthode 2 > algorithmes ML.

Fréquence des résultats de simulation de décalage d'estimation de la figure 5, où? I est le i-ième décalage de fréquence la fréquence de décalage estimation erreur quadratique moyenne.

Dans lequel, n est la fréquence de la valeur d'estimation de décalage SNR n Dir fixed conditions obtenu, à savoir, en supposant que l'estimation de synchronisation précise en prenant ML = 792. 1,2,3 méthode peut obtenir une meilleure performance d'estimation de décalage de fréquence, Méthode 3 sous SNR peut être inférieure estimation de décalage de fréquence plus précise, la plus mauvaise performance de l'algorithme ML.

L'optimisation de l'algorithme proposé a de bonnes performances anti-brouillage, en particulier pour l'environnement de communication complexe et dure. Méthode 2 estimation de moment et la méthode d'estimation de décalage de fréquence en utilisant une 3 M + 1 étaient des symboles de données identiques, que les résultats de la simulation dans des conditions de faible SNR sont bonnes, et meilleure est la performance de la plus grande M, vu à partir des figures. 5 et 6 sur la figure. où le décalage temporel des performances de l'estimation des performances d'estimation améliorée nettement améliorée limitée, mais le rendement de transmission est relativement faible, l'efficacité de transmission ML est seulement 1 / (M + 1). Trois types de fréquence méthode d'estimation décalage de performance proche, trois types de rapport signal de bruit dans l'erreur d'estimation de décalage de fréquence est d'environ -8 dB de moins de 1%, une grande précision de jugement. Quand une méthode d'estimation de synchronisation dans le signal de synchronisation à bruit d'environ 2 dB précision de l'estimation est presque 100%. Ces types de méthodes améliorées pour obtenir une meilleure estimation de synchronisation, mais par rapport à l'algorithme ML requiert plus d'espace de stockage, et la complexité de calcul a augmenté. En même temps que cet article Fréquence des algorithmes de décalage Estimation de la plage d'estimation de fréquence de gamme estimation offset et ML sont |? A | 0.5, nécessite une combinaison de fréquence fractionnaire compensation du décalage après le calcul de corrélation de décalage pilote pour obtenir le ICFO .

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