1、1數字通訊 (第十一講)接納信號的時間同步2021 Yuping Zhao (Professor)趙玉萍Department of ElectronicsPeking University 100871, China: 2本節內容采樣時鐘偏向的成因及表現方式單載波系統采樣時鐘偏向問題單載波系統采樣時辰同步方法多載波系統符號同步方法多載波系統采樣時鐘偏向問題多載波系統采樣時鐘同步方法3假設發送信號符合奈奎斯特準那么，那么符號之間不存在碼間串擾奈奎斯特帶寬：B奈奎斯特速率：R = 1/BNyquist準那么只給出了沒有碼間干擾的波形設計原那么 滿足Nyquist

2、準那么并且采樣時辰正確那么不發生碼間串擾 滿足Nyquist準那么但采樣時辰不正確仍能夠發生碼間串擾4采樣時辰正確才可以保證沒有碼間干擾采樣時辰沒有碼間干擾有碼間干擾發送信號為隨機的，如何找到正確采用點5采樣時辰偏向碼間串擾的成因：采樣點偏向收發端采樣時鐘頻率一樣，但采樣時間點存在固定偏向一次同步即可修正該時間偏向收發端采樣時鐘頻率存在誤差，因此采樣時間偏向不固定不停的修正/跟蹤采樣時間偏向6采樣時鐘頻率一樣，采樣點時辰偏向收端采樣點與發端正確采樣點存在固定時間偏向7收發端采樣時鐘頻率偏向23收端采樣點與發端正確采樣點的偏向隨時間變化：, 2, 38采樣頻率偏向模型：收發端采樣時鐘存在偏向 t

3、Ti：收端采樣時間間隔；Ts：發端采樣時間間隔；9采樣時辰偏向實例：-紅色和藍色分別代表發端和收端信號偏向開場A點偏向逐漸加大B點10偏向開場A點-采樣時辰偏向開場時比較小11偏向逐漸加大B點 隨著時間的添加而增大 采樣時辰偏向對單載波系統的影響1213對單載波系統的影響采樣時辰偏導游致信號之間產生碼間干擾14采樣時辰偏向的實際描畫c(t)為通道呼應函數，在本節的討論中思索為(t)函數15xk為發射濾波器和接納濾波器共同合成的呼應函數的采樣結果任何一個采樣點yk是由一切傳輸的Ik以及通道的xk共同構成的符號間干擾！16 當系統不存在采樣時辰偏向時，符號間干擾為 0 當采樣時辰偏向不為 0，符號

4、間干擾存在 符號間干擾信號為加性干擾，影響系統誤碼率其中，第一項為原始發送信號，第二項為符號之間的干擾17減小符號間干擾的方法一：信號波形設計法設計邊瓣盡能夠低的濾波器，如運用 值較大的升余弦濾波器優點：有采樣時鐘偏向時 ISI 小缺陷：占有帶寬大進展信號編碼某些部分呼應信號可以減少由采樣時辰偏向引起的符號間干擾P(D) = (1 + D) (good for ISI)P(D) = (1 D) (not good)P(D) = (1 D)(1 + D) = 1 D2 (good for ISI and DC offset) 18對單載波系統的影響采樣時辰偏導游致信號之間產生碼間干擾1919同樣

5、采樣時辰偏向，不同外形濾波器導致的碼間干擾不同20例：部分呼應信號的碼間干擾分析合成的信號邊瓣幅度減小20*pi21減小符號間干擾的方法二：采樣時辰偏向的糾正目的：將接納信號的采樣時鐘同步到發射信號上，以消除收/發端的采樣時辰偏向模塊稱號：采樣時鐘同步同步方法如下：發射機和接納機都同步到一個主時鐘。延遲產生問題 ：即收發信號位于不同地址位置 產生的傳輸時延發射機發送時鐘頻率是 1/T 或1/T的倍頻信號。簡單易行 占用有用信道帶寬，傳輸時鐘信號從接納的信號中提取時鐘信號。進展接納信號的時鐘估計，這是最為常用的方法 22采樣時辰估計方法-最大似然的定時估計對于基帶 PAM，設接納信號為其中這種方

6、法需求利用知信號In作為訓練序列假設不想運用知序列，那么采用面向判決議時估計，那么把傳輸的序列經判決后當作知的數據23似然函數上式寫作其中24 ML 估計的必要條件Matched filterSamplerVCCsummationr(t)In25VCC: 壓控時鐘，根據輸入電壓值調整時鐘的相位累加器：相當于低通濾波器由于在 的估計中運用了已檢測信息序列In ，所以該估計是面向判決的該方法同樣適用于 QAM ， PSK 調制26非面向判決議時估計將似然比在信息符號的 pdf 上求平均 , 然后計算其最大值BPSK 信號:2728對數似然函數對數據序列求平均29對于較小 x, 有 得出 30 BP

7、SK的非面向判決議時估計31 PAM的非面向判決議時估計32適用系統同步方法：早-遲 門同步器利用采樣時辰T左右的波形具有對稱性的特點，將兩邊的信號值相減，并用該結果作為調整壓控振蕩的信號33早-遲 門同步器34早-遲 門同步器35似然函數36載波相位和符號定時的結合估計其中 37或38OFDM系統的同步問題OFDM系的符號同步目的：確定OFDM的符號起始點，即FFT變換的窗口利用CP的特性OFDM系統的采樣時辰偏向的問題OFDM系統的采樣時辰偏向的糾正39 OFDM系統同步問題分析 符號同步：找到FFT時間窗的起始時辰；采樣同步：糾正發射機與接納機采樣頻率的偏向；載波同步：糾正發射機與接納機

8、的載波頻率偏向。41 符號同步的目的是得到FFT塊的起始點 普通來講利用CP的信號特點進展符號同步 CP內的符號是不用來作解調的符號同步42SymbolSymbolOFDM系的符號同步問題 OFDM系統同步問題分析_符號同步偏向假設收端端采樣時辰與發端相差m個樣點，那么第l個子載波上的信號為：接納端采樣信號為：收端信號Y(l)與發端信號X(l)相比旋轉了與m值有關的角度 OFDM系統同步問題分析_符號同步偏向采樣時辰偏移量 OFDM系統同步問題分析_符號同步偏向 46Delay TconjugateIntegralsynchInput time domain signalsGet the ma

9、ximum Frequency errorGet the phase 運用循環前綴的同步方法：基于循環前綴部分與信號的尾部具有一樣的值得特點，運用自相關函數求得47相關窗L48相關窗L49相關窗L50相關窗L51L相關窗52相關峰的最高點就是OFDM符號的同步點運用自相關的方法得到OFDM符號的同步點53在實踐系統中相關峰能夠不是很明顯仿真實例 (SNR = 3dB, 多徑通道, 帶有載波偏向)54OFDM系統的采樣時辰偏向的問題設理想采樣時間間隔為 ，采樣點正好在接納機匹配濾波器的最大點。采樣時辰誤差導致采樣點偏向理想采樣點，并且隨著時間的推移采樣點的漂移會越來越大55采樣時鐘存在偏向的情況

10、下接納信號可表示為上式闡明采樣時辰偏向規范偏向為 ，是隨著時間序號 、子載波序列 的增大而增大的。56其中定義由于采樣時辰偏向引起的子載波間干擾系數為結論：采樣頻率偏導游致子載波間的干擾57采樣時鐘偏向例：有采樣時辰偏向的OFDM星座圖采樣頻率偏向 = 50ppm, 滾降系數=0.5, 邊瓣長度=558采樣時鐘偏向例：有采樣時辰偏向的OFDM星座圖采樣頻率偏向 = 100ppm59多載波系統采樣時鐘同步方法60消除采樣頻率偏向影響的方法有 采樣時鐘調理法：系統檢測出采樣時鐘的偏向值的大小，接納機調理采樣時鐘，到達時鐘同步的目的 數字信號處置方法：根據探測出的采樣時鐘偏向，對接納時域信號進展插值，得到沒有采樣時鐘偏向的結果時偏糾正時偏糾正的中心思想是進展波形恢復并重新采樣，整個過程相當于一個速率轉換過程。時偏糾正首先將轉換采樣點到模擬序列，經過一個時間延續的模擬插值濾波器后，其時間延續輸出信號為： 為待糾正的錯誤的采樣時鐘周期為了糾正采樣時鐘頻率偏向，在 時辰重新再采樣后的信號。 為正確的采樣時鐘周期。時偏糾正實踐實現過程中，完全恢復出模擬信號是一項困難且不用要的任務。往往選取部分相鄰樣點，插值出正確采樣時辰處的點。這里I1和I2分別是目的時辰左右選取的