LTE OFDM、SC-FDMA原理介绍
符号定时同步会使得FFT运算窗口中包含当前OFDM符号的循环前缀保护间隔，因此不会对系统BER性能造成太大的影响。为了克服上述弱点，可以在OFDM符号之后也插入适当的保护间隔，即短循环后缀。图8(b)中给出了在符号之后插入10个样值后缀符号的情况，从图中可以看到，无论符号定时同步提前还是推后，都不会对系统造成太大的影响。
图 4-24 OFDM系统在不同定时偏差条件下的误比特率对信噪比的曲线图
4.2.2.3 采样时钟偏差对OFDM系统的影响
采样时钟同步是指使接收机与发射机的采样时钟频率一致。由于估计误差、噪声干扰、发射端晶体振荡器的漂移,接收端采样时钟不可能毫无误差地跟踪发射端晶体振荡器的变化,采样点总会稍慢或稍快于发射端时钟,因此产生采样时钟频率偏移。这种误差量常常被忽略,实际上对于子载波数目很大的系统,如数字电视地面传输系统,采样时钟频率偏移会造成两方面的影响:一是产生时变的定时偏差,导致接收机必须要跟
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踪时变的相位变化;二是采样时钟频率的偏移就意味着FFT周期有偏差,因此经过采样的子载波之间不再保持正交性,从而产生ICI。在利用同步采样的OFDM系统中,可以从接收到符号星座点的相位旋转中得到瞬时的采样定时偏差,数字锁相环利用这一信息去控制压控振荡器,以确定采样时刻,这样就可以保证接收机和发射机之间的采样定时偏差的均值为零。
在数字OFDM接收机中，首先要对接收到的连续信号采样，变为数字信号，而采样时刻要取决于接收机时钟。然后再对数字信号进行FFT解调。OFDM接收机的采样可以分为两种：同步采样系统和非同步采样系统，分别见图 4-25(a)和(b)。在同步采样系统中，为了保持接收机时钟与发射机时钟的同步，需要采样定时算法去控制VCXO(压控振荡器)。在非同步系统中，采样速率保持固定。图中H(f)表示信道的传递函数，r(t)表示接收机接收的连续信号。
图 4-25 OFDM系统中的采样示意图
4.2.2.4 OFDM同步算法
OFDM同步算法分类：
1、 OFDM数据帧和符号的粗同步算法 2、 OFDM符号的精细同步算法
3、 OFDM频域捕获算法：系统使用比较复杂的同步算法，对较长时段的同步信息进行处理，获得初
步的系统同步；
4、 OFDM频域跟踪算法：采用比较简单的同步算法，对于小尺度的变化进行校正。 常用的OFDM同步算法主要分为两类： 1、 利用循环前缀
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2、 插入专门的训练序列
4.2.2.4.1 采用循环前缀实现OFDM的同步
由于OFDM符号中含有循环前缀，因此每个符号的前几个样值实际上是最后几个样值的复制。利用这种信号结构的冗余特性可以实现下图所示的时频同步结构。
接收信号的前端信号与经过TFFT时延，与后端信号进行TG时间的相关运算，可以表示为：
则OFDM符号边界的估计为：
一旦得到符号同步后，相关器的输出也可以用于频偏校正。相关器的输出相位等于相距时间的数据采样之间的相位偏移。因此频率偏移的估计为：
利用循环前缀的同步技术，其估计精度与同步时间相互制约。如果要获得较高的估计精度，则需要耗费很长的同步时间，因此在没有特定训练序列的盲搜索环境中或者系统跟踪条件下比较适用。而对于分组传输，同步精度要求比较高，同步时间尽可能短。为了完成这种条件下的同步，一般采用发送特殊的OFDM训练序列。此时整个OFDM接收信号都可以用于同步处理。
4.2.2.4.2 采用训练序列进行OFDM同步
在匹配滤波器输出的相关峰值处，可以同时进行符号同步和频偏校正。注意上述的匹配滤波器操作时在接收信号进行FFT变换之前进行的。因此这一同步技术与DS-CDMA接收机中的同步非常类似。
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4.2.3
OFDM系统中的PAPR问题
与单载波系统相比，OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的。与任何多载波调制系统一样, OFDM系统也面临着峰平比( PAR)过大的问题。在多载波传输中，在某个瞬时，如果各个子信道的波相位保持一致时，在多载波合成信号的峰值将非常大。这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率（peak power），由此会带来较大的峰值平均功率比（peak-to-average power ratio），简称峰均比（PAR/PAPR）。要保证无失真传输该信号，要求放大器的动态范围非常宽，给工程实现带来许多不便。
4.2.3.1 PAPR的定义
峰均比可以被定义为：
PAR(dB)?10log10max{|xn|2}nE{|xn|2}
nkXW?kNk?0N?11xn?xN其中n表示经过IFFT运算之后所得到的输出信号，即
。对于包含N个子信道
的OFDM系统来说，当N个信号都以相同的相位求和时，所得到的信号的峰值功率就会是平均功率的N倍，因而基带信号的峰均比可以为：
PAR?10log10N，
例如，N=256的情况中，OFDM系统的PAR=24dB。
若所有子载波都受到相同初始相位的符号的调制，会使OFDM系统内存在较大的PAR值。对于未经调制的载波来说，其PAR=0dB。
4.2.3.2 PAPR产生的问题
由于一般的功率放大器都不是线性的，而且其动态范围也是有限的，所以当OFDM系统内这种变化范围较大的信号通过非线性部件（例如进入放大器的非线性区域）时，信号会产生非线性失真，产生谐波，造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能的下降，而且同时还会增加A/D和D/A
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转换器的复杂度并且降低它们的准确性。为避免发射信号产生失真，要求功率放大器的静态工作点设置较低，此时OFDM信号发射功率较单载波系统发射功率低许多。因此PAR较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要考虑如何减小大峰值功率信号的出现概率，从而避免非线性失真的出现。
因此峰均功率比（PAPR）是设备商们应该考虑的一个重要因素。因为PAPR过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本。
4.2.3.3 举例
子载波数目N=4时，承载的数据为d=(1,1,1,1)，四个载波独立的波形和迭加后的信号如下图所示
虽然四个子载波的幅度范围恒为［1，1］，但迭加之后的OFDM符号的幅度范围却变化很大，这也就是OFDM系统具有高峰均比的现象。 4.2.4
降低OFDM信号PAPR常用的方法
高峰平比是影响OFDM技术应用的一个关键问题，为了降低OFDM系统的PAPR，国内外学者进行了大量深入的研究,提出了很多方法。解决高峰平比问题主要有两种途径：一是提高功率放大器的性能，二是降低OFDM 信号的峰平比。其中， 从提高功率放大器的性能着手解决OFDM系统存在的高峰平比问题有一定的局限性。实际应用中,更多的是从OFDM信号本身的角度出发，采取措施降低大峰值信号的出现概率或是避免大峰值信号的出现。降低OFDM信号峰平比的技术可以从本质上解决OFDM系统存在的高峰平比问题。
目前所存在的减小PAPR的方法大概可以分为三类：（1）信号预畸变技术，即在信号经过放大之前，
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