適于低信噪比信道環(huán)境的ofdm系統(tǒng)符號定時同步實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法，采用兩個基于頻域PN序列且彼此共軛的OFDM符號作為訓(xùn)練序列，在接收端首先取訓(xùn)練序列與接收序列的符號位進行滑動共軛相關(guān)，通過求和與取模運算得到定時偏移估計函數(shù)，然后在每一時刻，取從該時刻開始計數(shù)的一段定時偏移估計函數(shù)值求加權(quán)平均，得到該時刻的動態(tài)門限，最后對比估計函數(shù)與其對應(yīng)的動態(tài)門限鎖定定時位置；僅使用數(shù)據(jù)符號位信息不需要數(shù)據(jù)本身參與運算，并且不需要對運算結(jié)果進行歸一化運算，因而具有較低的復(fù)雜度，性能不會受到接收信號功率大小的影響。本發(fā)明在低信噪比下定時準確穩(wěn)定，并且易于實現(xiàn)，運算復(fù)雜度低。
【專利說明】適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步實現(xiàn)方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適于低信噪比信道環(huán)境的0FDM系統(tǒng)符 號定時同步的實現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 0FDM系統(tǒng)中，接收機若要對接收到的時域信號進行正確解調(diào)，必須知道一個時隙 的正確起始位置，這樣才能準確的完成FFT解調(diào)和頻偏估計及校正，如果不能精確完成符 號定時，則會引起接收信號幅度和相位上的畸變甚至?xí)a(chǎn)生符號間的干擾（ISI)。
[0003] 經(jīng)典符號定時同步算法一般都是基于數(shù)據(jù)內(nèi)插入的訓(xùn)練序列的特點來工作的，大 致分為以下兩類
[0004] (1)基于訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)特點
[0005] Schmidl算法、Minn算法和Park算法都是基于訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)上部分相同或者共軛 對稱的特點，通過對接收數(shù)據(jù)進行相關(guān)和歸一化運算得到定時偏移估計函數(shù)，然后通過分 辨峰值獲取定時位置。
[0006] (2)基于訓(xùn)練序列的內(nèi)容特點
[0007] 采用序列本身具有的良好自相關(guān)性和較差的互相關(guān)性，例如CAZAC序列，將接收 數(shù)據(jù)與本地序列做共軛相關(guān)和歸一化運算得到定時偏移估計函數(shù)值，然后利用鎖定峰值獲 取定時位置。
[0008] 但是這些算法在實踐方面卻有明顯的問題，主要有以下兩方面：
[0009] 1)采用數(shù)據(jù)進行相關(guān)和歸一化運算，需要進行多次乘法、除法以及求和運算，在數(shù) 據(jù)精度要求很高數(shù)據(jù)位寬要求較大的情況下，實現(xiàn)復(fù)雜度高，占用資源多。
[0010] 2)基于訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)的符號定時算法的定時偏移估計函數(shù)會出現(xiàn)平峰或旁瓣過 大的情況，無法分辨出峰值，并且當(dāng)0FDM系統(tǒng)采用較低傳輸帶寬時，訓(xùn)練序列時域上的相 關(guān)性優(yōu)勢會降低，峰值附近會出現(xiàn)與其接近的值，即使出現(xiàn)尖銳的單峰，這個單峰值也會和 基于訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)特點得到的峰值一樣隨著信噪比的降低而迅速降低，因此無法在硬件實 現(xiàn)時用一個合理并且簡單的門限機制來鎖定峰值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種適于低信噪比信道環(huán)境的0FDM系統(tǒng)符號定時 同步的實現(xiàn)方法，旨在解決傳統(tǒng)符號定時算法在低信噪比環(huán)境下定時不穩(wěn)定、運算復(fù)雜度 高、占用硬件資源多的問題。
[0012] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種適于低信噪比信道環(huán)境的0FDM系統(tǒng)符號定時 同步的實現(xiàn)方法，采用兩個基于頻域PN序列且彼此共軛的0FDM符號作為訓(xùn)練序列，在接收 端首先取訓(xùn)練序列與接收序列的符號位進行滑動共軛相關(guān)，通過求和與取模運算得到定時 偏移估計函數(shù)，然后在每一時刻，取從該時刻開始計數(shù)的Μ個定時偏移估計函數(shù)值求加權(quán) 平均，得到該時刻的動態(tài)門限，最后對比估計函數(shù)與其對應(yīng)的動態(tài)門限鎖定定時位置。
[0013] 進一步，該適于低信噪比信道環(huán)境的0FDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法包括：
[0014] 步驟一，根據(jù)公式

【權(quán)利要求】
1. 一種適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法，其特征在于，采 用兩個基于頻域PN序列且彼此共軛的OFDM符號作為訓(xùn)練序列，在接收端首先取訓(xùn)練序列 與接收序列的符號位進行滑動共軛相關(guān)，通過求和與取模運算得到定時偏移估計函數(shù)，然 后在每一時刻，取從該時刻開始計數(shù)的Μ個定時偏移估計函數(shù)值求加權(quán)平均，得到該時刻 的動態(tài)門限，最后對比估計函數(shù)與對應(yīng)的動態(tài)門限鎖定定時位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 該適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法包括： 步驟一，根據(jù)公式
將訓(xùn)練序列與自身的循環(huán)移位結(jié)果按符 號位進行共軛相關(guān)運算，得到相關(guān)函數(shù)M(m)，其中c(k)是對本地序列按符號位映射出的復(fù) 數(shù)結(jié)果，c ((k+m))N在k = 1，2,. . . N時表示對c (k)進行循環(huán)移位的結(jié)果；搜索出相關(guān)函數(shù) 主峰值與副峰值比值最大情況下對應(yīng)的頻域序列，然后確定該頻域序列對應(yīng)的訓(xùn)練序列； 步驟二，由接收信號數(shù)據(jù) R(x)，根據(jù)公式 r(x) = sign(Re(R(x)))+j*sign(Im(R(x))) 得到對接收信號實虛部按符號位映射出的結(jié)果r (x)，再由本地訓(xùn)練序列數(shù) 據(jù) C(k)，利用公式 c(k) = sign(Re(C(k)))+j*sign(Im(C(k)))得到對訓(xùn)練序 列數(shù)據(jù)實虛部按符號位映射出的結(jié)果c(k)，根據(jù)得到的r(x)和c(k)利用公式
生成定時偏移估計函數(shù)，式中N = 2* (NFFT+CP)代表相關(guān)窗和本地序列的長度，X代表滑動相關(guān)窗的起始位置； 步驟三，由步驟二得到的定時偏移估計函數(shù)F(x)，根據(jù)公式
得到動態(tài)門限，其中G(m)表示m時刻動態(tài)門限的值，
表示從m時刻開始計數(shù)的Μ個定時偏移估計函數(shù)值的平均值，mul表示一個常 數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方 法，其特征在于，在步驟一之前需要根據(jù)傳輸帶寬確定頻域所需有效子載波長度，從周期為 2047的m序列中截取有效子載波長度的序列作為生成訓(xùn)練序列的備選頻域數(shù)據(jù)；將截取 的有效子載波長度的〇、1序列，全部映射成1、-1的形式，具體是把〇映射成-1，把1映射 成-1，前后均勻補零之后，組成NFFT長度的頻域序列；進行IFFT調(diào)制，作為第一個OFDM符 號，對添加循環(huán)前綴并將結(jié)果作為訓(xùn)練序列的前半部分數(shù)據(jù)；然后根據(jù)所設(shè)計的序列結(jié)構(gòu) 前半部分與后半部分彼此共軛的特征生成訓(xùn)練序列。
4. 如權(quán)利要求1所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于，在步驟一中，公式
表示訓(xùn)練序列與自身的循環(huán)移位 結(jié)果按符號位進行共軛相關(guān)運算，其中c(k)是對本地序列C(k)按符號位映射出的復(fù)數(shù)結(jié) 果，映射公式為 c(k) =sign(Re(C(k)))+j*sign(Im(C(k))) ;c((k))N 表示對 c(k)以 N 為 周期進行周期延拓的結(jié)果，由此c ((k+m))N在k = 1, 2,... N時表示對c (k)進行循環(huán)移位的 結(jié)果，m > 0表示循環(huán)左移m位，m < 0表示循環(huán)右移|m|位，根據(jù)序列的結(jié)構(gòu)可知當(dāng)循環(huán)序 列循環(huán)移〇位時，相關(guān)函數(shù)值會出現(xiàn)一個比較大主峰，峰值為M(O)，而如果對訓(xùn)練序列左右 循環(huán)移位NFFT時，相關(guān)函數(shù)值都會出現(xiàn)較小的副峰，兩峰值分別為M(NFFT)、M(-NFFT);搜 索頻域數(shù)據(jù)序列的目的是使訓(xùn)練序列移〇位時出現(xiàn)的主峰值與循環(huán)左右移NFFT位出現(xiàn)的 副峰值差距最大，以此來保證接收數(shù)據(jù)與訓(xùn)練序列按符號位相關(guān)運算獲取的定時偏移估計 函數(shù)主峰值與副峰值的差距盡可能大，增大動態(tài)門限的取值范圍，由于相關(guān)函數(shù)兩個副峰 值大小基本相同，取其主峰值M(O)和其中一個副峰值M(NFFT)的比值作為衡量標(biāo)準。
5. 如權(quán)利要求3所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于，取IFFT的點數(shù)為NFFT，循環(huán)前綴的長度為CP，訓(xùn)練序列含有兩個OFDM符號， 長度為2* (NFFT+CP)，用來進行符號定時，訓(xùn)練序列前半部分與后半分相互共軛，如果第一 個OFDM符號是A，循環(huán)前綴用CP1來表示，第二個OFDM符號數(shù)據(jù)與第一個OFDM符號數(shù)據(jù)相 互共軛，用A #來表示，那么CPf表示第二個OFDM符號的循環(huán)前綴。
6. 如權(quán)利要求2所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于，定時偏移估計函數(shù)的獲取方法： 訓(xùn)練序列按符號位進行映射，將結(jié)果作為本地序列，接收到的數(shù)據(jù)依次流入滑動窗中， 將滑動窗中的數(shù)據(jù)按符號位與本地序列進行共軛相關(guān)運算，得到關(guān)于滑動窗起始位置的定 時偏移估計函數(shù)值； 運算的過程表示為：首先根據(jù)接收信號實虛部數(shù)據(jù)的符號位信息，利用公式r(x) =sign (Re (R (X))) + j*sign (Im (R (X))),對接收數(shù)據(jù)進行映射，其中R (X)代表接收信 號，Re(.)表示取復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的實部值，Im(.)表示取復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部值，sign(.)表示 取一個數(shù)據(jù)的符號位，如果數(shù)據(jù)大于〇輸出結(jié)果是1，小于〇輸出結(jié)果是-1，r(x)是 對接收信號實虛部取符號后映射出的結(jié)果，有四種數(shù)值±1土j，然后利用公式c(k)= sign(Re(C(k)))+j*sign(Im(C(k)))對訓(xùn)練序列進行映射，其中C(k)代表本地訓(xùn)練序列， c(k)是對本地序列實虛部數(shù)據(jù)按符號位信息映射出的復(fù)數(shù)結(jié)果，有四種數(shù)值±1土j ;最后 根據(jù)公式
求取定時偏移估計函數(shù)， 其中，F(xiàn)(x)代表定時偏移估計函數(shù)值，N = 2*(NFFT+CP)代表相關(guān)窗和本地序列的長度。
7. 如權(quán)利要求2所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于，獲取動態(tài)門限的方法： 任一時刻的動態(tài)門限是通過對從該時刻開始計數(shù)的Μ個定時偏移估計函數(shù)值取加權(quán) 平均得到的，獲取公式為
，其中G(m)表示m時刻的動態(tài)門限值，
表示從m時刻開始計數(shù)的Μ個定時偏移估計函數(shù)值的平均值，mul表示一個常 數(shù)，是定時偏移估計函數(shù)均值的加權(quán)系數(shù)，在不同的信道環(huán)境下使動態(tài)門限介于定時偏移 估計函數(shù)主峰值和副峰值之間的加權(quán)系數(shù)mul取值應(yīng)取在無噪聲或有較高信噪比信道環(huán) 境下所有可選系數(shù)中的最小值，這里較高信噪比信道環(huán)境表示信噪比大于l〇〇dB的信道環(huán) 境。
8.如權(quán)利要求2所述的適于低信噪比信道環(huán)境的OFDM系統(tǒng)符號定時同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于，在步驟三后將得到的定時偏移估計函數(shù)值與動態(tài)門限值進行比較，如果某一 時刻的定時偏移估計函數(shù)值大于該時刻的動態(tài)門限值，將這個函數(shù)值作為新的門限，從這 個時刻起200個時刻點內(nèi)若沒有定時偏移估計函數(shù)值比新門限值大就認為這個時刻是理 想的定時位置，若有定時偏移估計函數(shù)值大于新的門限則用該函數(shù)值更新門限值并記錄該 位置，繼續(xù)判斷該位置后的200個時刻點內(nèi)是否有定時偏移估計函數(shù)值比新門限值大，依 次規(guī)律直到鎖定出定時位置，然后定時偏移估計函數(shù)值繼續(xù)與動態(tài)門限進行比較，搜索下 一個定時位置。
【文檔編號】H04L27/26GK104125190SQ201410406215
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】劉剛, 韓方召, 郭漪, 葛建華, 張霞, 姜秀梅 申請人:西安電子科技大學(xué)