Abstract

In this contribution, we present an overview of research results pertaining to the sensitivity of orthogonal frequency-division multiplexed (OFDM) systems to synchronization errors. We show that OFDM systems are quite sensitive to carrier frequency offset and clock frequency offset: in the presence of these impairments, the signal-to-noise ratio (SNR) at the input of the decision device is a decreasing function of the number of carriers. On the other hand, carrier phase jitter and timing jitter give rise to a degradation of the SNR at the input of the decision device which does not depend on the number of carriers; as compared to traditional single-carrier systems, OFDM systems have the same sensitivity to carrier phase jitter and a somewhat larger sensitivity to timing jitter.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag stellen wir eine Übersicht von Forschungsergebnissen vor, die sich auf die Empfindlichkeit orthogonaler Frequenzmultiplexsysteme (OFDM) gegenüber Synchronisationsfehlern beziehen. Wir zeigen, daß OFDM-Systeme gegenüber Trägerfrequenzversatz und Abtastfrequenzversatz ziemlich empfindlich sind: bei Vorliegen dieser Störungen ist das Signal-zu-Rauschleistungsverhaltnis (SNR) am Eingang des Entscheiders eine abnehmende Funktion von der Anzahl der Trägerfrequenzen. Andererseits verursachen zufällige Abweichungen von der Trägerphase und der Abtastphase eine Verschlechterung des SNR am Entscheidereingang, die nicht von der Anzahl der Trägerfrequenzen abhängt. Verglichen mit gewöhnlichen Einzelträgersystemen haben OFDM-Systeme die gleiche Empfindlichkeit gegenüber zufälligen Abweichungen der Trägerphase und eine etwas größere Empfindlichkeit gegenüber zufälligen Abweichungen der Abtastphase.

Résumé

Dans cette contribution, nous présentons un survol des résultats de recherche concernant la sensitivité des systèmes multiplexés à division de fréquence (OFDM) aux erreurs de synchronisation. Nous montrons que les systèmes OFDM sont assez sensibles à l'offset de fréquence porteuse ainsi qu'à l'offset de fréquence d'horloge: Dans la présence de ces détériorations, le rapport signal à bruit (SNR) calculé à l'entrée de l'outil de décision est une fonction décroissante du nombre de porteuses. Comparés aux systèmes classiques à porteuse unique, les systèmes OFDM ont la même sensitivité au jitter de phase de porteuse et une sensitivité au jitter d'horloge quelque peu plus grande.

Author Keywords: Telecommunication; OFDM; Carrier synchronization; Clock synchronization

Nomenclature

OFDM

orthogonal frequency-division multiplexed

p_tr(t)

transmit pulse

α

rolloff factor

P_tr( f )

transmit filter transfer function

P_rec( f )

receive filter transfer function

H_ch( f )

channel transfer function

s_m,k

mth transmit sample during kth symbol interval

a_n,k

kth symbol on nth carrier

1/T

pulse transmission rate

N

number of carriers

νT

length of cyclic prefix

φ_m,k

carrier phase error associated with mth sample during kth symbol interval

S_φ( f )

carrier phase jitter spectrum

σ²_φ

carrier phase jitter variance

ΔF

carrier frequency offset

_n,k

normalized timing error associated with mth sample during kth symbol interval

S( f )

timing jitter spectrum

σ²

timing jitter variance

ΔT/T

normalized clock frequency offset

I_n,i,k

interference from ith carrier on nth FFT output during kth symbol interval

SNR_n

SNR at nth FFT output

D_n

degradation of SNR at nth FFT output

Article Outline

Nomenclature

1. Introduction

2. System description

3. Carrier phase offset and timing offset

4. Carrier frequency offset and phase jitter [5, 6, 7 and 8]

4.1. Carrier frequency offset

4.2. Carrier phase jitter

5. Clock frequency offset and timing jitter [4]

5.1. Clock frequency offset

5.2. Timing jitter

6. Conclusions and remarks

References

Fax: +32-9-264-4295; email: marc.moeneclaey@telin.rug.ac.be