4.4.6 采样频率同步（一）

4.4.6 采样频率同步（一）

采样频偏产生原因：  

    在OFDM系统中，发射机和接收机的ADC、DAC的晶振不可能具有完全相同的时钟周期和相位，这将导致二者的采样间隔之间会慢慢产生偏差，从而对整个系统的性能带来严重影响。（The BER performance of OFDM system using non-synchronized samling， 1994：1142-1149）

• 采样频偏意味着FFT周期的偏差，因此经过采样的子载波之间不再保持正交性，从而产生信道间干扰。

• 采样频偏产生的时变定时偏差，经过DFT后会导致时变的相位变化。

 

 

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采样频偏处理方法：

    OFDM系统中修正采样频率偏移（Sampling Frequency Offset，SFC）的方法主要有两种：

• 在时域进行，通过在接收机的FFT之前进行处理来实现采样频率同步；

• 在频域进行，经过FFT之后来处理。

 

 

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采样频偏修正方法：

1. 时域进行的最直接方法是调整ADC的采样时钟，但这需要采用VCO，会增加接收机成本；或者采用内插法，时钟仍由固定的晶振产生，当采样误差累积一个采样时钟时，从数据样值中去除或插入一个样值来修正。

2. 频域进行的最常见方法是利用导频信息，估计采样频偏所引起的相位旋转，然后对每个采样值进行补偿。

 

 

    书中采用的算法是用最小二乘法，得到相位偏移的最优估计值。但该算法涉及乘法和除法运算，考虑硬件实现（尤其是除法）的复杂度和资源消耗量，书中设计上采用了一种简化的频域估计方法。

（Estimation and compensation of frequency offset in DAC/ADC clocks in OFDM systems，2004:2397-2401）

 

 

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硬件如何实现算法：

    只需求下列公式，书中有详细的分析和推导，想看原版算法可以搜（Estimation and compensation of frequency offset in DAC/ADC clocks in OFDM systems，2004:2397-2401）

 

 

    可以发现，只需将提取出来的4个导频信号的相位信息相加，并将结果右移7位就可以求得相位频偏值Si。但是需要指出，这个时候的相位频偏值不再是最优解，会引入一定的误差，最终会导致系统的误码率增加。所以这个模块要慎重加入！

 

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硬件实现结构：

    整个模块分为导频提取、数据缓存、导频相关、频偏估计、频偏补偿、顺序调整5个部分。如下是结构示意图：

 

 

 

步骤：

1. 将已知位置上的导频信号提取出来。

2. 送入导频相关模块，让其与标准的导频信号进行相关处理。

3. 频偏估计模块会根据相关处理的复数导频信号估计出导频的相位信息，进而得到Si。

4. 得到Si后，一边与2π/N进行比较，判断是否需要向前面的时间同步模块发送控制信号，对接收序列重新定时；一边将Si送入频偏补偿模块，得到一个OFDM符号中所有取样的补偿因子。

5. 同时数据缓存模块会按照补偿因子的生成时序串行读出执行补偿操作。

6. 由于FFT后的数据是乱序（因为发射机在IFFT前打乱了数据顺序），则需要将数据调整过来，所以最后通过顺序调整模块。