Ofdm系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種符號(hào)定時(shí)同步方法，可用于OFDM系統(tǒng)中 進(jìn)行實(shí)時(shí)的符號(hào)定時(shí)同步
【背景技術(shù)】
[0002] 正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)是一種多載波傳輸技術(shù)，它通過(guò)串并變換將高速的數(shù)據(jù) 流分解速率較低的數(shù)據(jù)流，然后調(diào)制成相互正交的子載波，各子載波頻譜之間互相重疊，利 用這些優(yōu)點(diǎn)可以有效提高頻譜利用率并抵抗信道干擾。
[0003] OFDM技術(shù)雖然有著很多優(yōu)勢(shì)但與單載波相比，多載波技術(shù)的應(yīng)用使其對(duì)時(shí)域同步 和頻域同步的要求非常嚴(yán)苛，如果不能建立良好的時(shí)頻域同步，系統(tǒng)將受到嚴(yán)重的干擾，無(wú) 法取得正確的解調(diào)結(jié)果。定時(shí)同步用于確定FFT解調(diào)窗口的起始位置，因此若要取得良好 的時(shí)頻域同步性能必須獲得良好的符號(hào)定時(shí)同步性能。
[0004] 目前進(jìn)行OFDM符號(hào)定時(shí)的算法主要有兩類：基于訓(xùn)練序列輔助類型的符號(hào)定時(shí) 方法和非訓(xùn)練序列輔助類型的符號(hào)定時(shí)方法?；谟?xùn)練序列的符號(hào)定時(shí)方法利用序列特有 的結(jié)構(gòu)和相關(guān)性獲取定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)，這種方法雖然在頻譜利用率方面比非訓(xùn)練序列輔 助型方法低，但卻可以得到更精確的符號(hào)定時(shí)結(jié)果，而且在惡劣的信道環(huán)境下依然可以取 得良好的性能。經(jīng)典的基于訓(xùn)練序列的符號(hào)定時(shí)方法有Schmidl方法、Minn方法和Park 方法，這三種算法利用訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用相應(yīng)的相關(guān)運(yùn)算方式獲得定時(shí)偏移估計(jì)函 數(shù)，通過(guò)取最大值獲得定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)峰值，進(jìn)而確定訓(xùn)練序列的起始位置即理想的符 號(hào)定時(shí)位置。
[0005] 但是這些算法在實(shí)際運(yùn)用時(shí)卻存在明顯的問(wèn)題，主要有以下兩個(gè)方面：
[0006] -是峰值問(wèn)題=Schmidl方法在有循環(huán)前綴的情況下有平峰現(xiàn)象，在沒(méi)有循環(huán)前 綴時(shí)在峰值附近下降平緩，同樣Minn方法也存在峰值不尖銳問(wèn)題，而且定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù) 還會(huì)出現(xiàn)較多的旁瓣，Park方法雖然會(huì)出現(xiàn)尖銳的主峰但還會(huì)伴隨兩個(gè)尖銳的副峰。
[0007] 二是實(shí)時(shí)性問(wèn)題：Schmidl方法、Minn方法和Park方法都是通過(guò)獲取定時(shí)偏移估 計(jì)函數(shù)的最大值來(lái)鎖定定時(shí)位置的，要獲取最大值就需要在一個(gè)符號(hào)內(nèi)連續(xù)比較，即獲取 一個(gè)定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)時(shí)無(wú)法立即判斷其究竟是不是峰值，要判定一個(gè)定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù) 最大值至少需要等待一個(gè)OFDM符號(hào)周期才能確定，這就增加了符號(hào)定時(shí)過(guò)程處理時(shí)延，無(wú) 法實(shí)時(shí)的完成符號(hào)定時(shí)同步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提出一種OFDM系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步方法，以解決上述已有技 術(shù)無(wú)單一尖銳的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)峰值，以及獲取峰值確定定時(shí)位置耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0010] (1)在OFDM系統(tǒng)的負(fù)載數(shù)據(jù)包前插入一個(gè)長(zhǎng)度為N的訓(xùn)練序列，N為OFDM系統(tǒng)的 子載波個(gè)數(shù)；
[0011] (2)在OFDM系統(tǒng)的接收端，利用長(zhǎng)度為N的滑動(dòng)窗口對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，計(jì)算滑 動(dòng)窗口起始位置m時(shí)刻的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值F(m);
[0013] 其中，m>M，a是一個(gè)常數(shù)，其大小由仿真測(cè)試獲得；M是大于100的一個(gè)常數(shù)， F(m+k)表示m+k時(shí)刻的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值，-M<k< -1 ;
[0014] (4)將m時(shí)刻的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值F(m)與動(dòng)態(tài)門限值G(m)進(jìn)行比較，確定當(dāng) 前負(fù)載數(shù)據(jù)包D1的理想符號(hào)定時(shí)位置:? :如果F(m) <G(m)，則檢測(cè)不到當(dāng)前負(fù)載數(shù)據(jù)包D1 的理想定時(shí)位置，執(zhí)行步驟（5);如果F(m) >G(m)，則2=w..，執(zhí)行步驟（6);
[0015] (5)令m=m+1，更新F(m)和G(m)，重復(fù)步驟（4)直至檢測(cè)到當(dāng)前負(fù)載數(shù)據(jù)包D1 的理想定時(shí)位置之，完成當(dāng)前負(fù)載數(shù)據(jù)包D1的符號(hào)定時(shí)同步；
[0016](6)令m=m+1，更新F(m)和G(m)，重復(fù)步驟（4)，對(duì)下一個(gè)負(fù)載數(shù)據(jù)包Di+1的理 想定時(shí)位置Atl進(jìn)行檢測(cè)，完成下一個(gè)負(fù)載數(shù)據(jù)包D1+1的符號(hào)定時(shí)同步。
[0017] 本發(fā)明提供的OFDM系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、在低信噪比環(huán)境下定時(shí)穩(wěn)定準(zhǔn)確，性能優(yōu)良：
[0019] 在發(fā)送端，插入負(fù)載數(shù)據(jù)包前的訓(xùn)練序列由CAZAC序列生成，由于CAZAC序列在時(shí) 頻域均具有良好的自相關(guān)性，因此訓(xùn)練序列具有良好的自相關(guān)性，可以使接收端計(jì)算獲得 的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)峰值更加尖銳；
[0020] 在接收端，對(duì)進(jìn)入滑動(dòng)窗的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，由于滑動(dòng)窗口內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算 方式是根據(jù)訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以使得到定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)峰值在一個(gè)負(fù)載數(shù)據(jù) 包內(nèi)只出現(xiàn)一個(gè)，使得在低信噪比環(huán)境下可保證定時(shí)穩(wěn)定準(zhǔn)確且性能好。
[0021] 2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)
[0022] 本發(fā)明通過(guò)定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值與動(dòng)態(tài)門限比較確定理想定時(shí)位置，由于任意時(shí) 刻的動(dòng)態(tài)門限值僅與該時(shí)刻之前產(chǎn)生的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值有關(guān)，因此可以實(shí)時(shí)求得該時(shí) 刻的動(dòng)態(tài)門限；
[0023] 判定偏移估計(jì)函數(shù)峰值確定理想定時(shí)位置僅需要定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值和動(dòng)態(tài)門 限進(jìn)行一次比較，三種經(jīng)典算法Schmidl、Minn、Park方法則需要連續(xù)比較，需要等待很長(zhǎng) 的時(shí)間才能判定偏移估計(jì)函數(shù)峰值確定理想定時(shí)位置，相對(duì)于三種經(jīng)典算法本發(fā)明可以極 大減少了檢測(cè)過(guò)程的等待時(shí)間，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明在接收端訓(xùn)練序列進(jìn)入滑動(dòng)窗口三種情況的示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明獲取定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)均值與動(dòng)態(tài)門限的實(shí)現(xiàn)框圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明在SNR= _4dB情況下選取不同加權(quán)常數(shù)系數(shù)a時(shí)定時(shí)偏移函數(shù)與 動(dòng)態(tài)門限的相對(duì)關(guān)系不意圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明根據(jù)定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)和動(dòng)態(tài)門限檢測(cè)理想定時(shí)位置的子流程圖；
[0029] 圖6是現(xiàn)有Schmidl、Minn、Park三種經(jīng)典符號(hào)定時(shí)方法的檢測(cè)誤差均方值隨信噪 比SNR變化的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的使用目的、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法及其優(yōu)勢(shì)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖 和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行更進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0031 ] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0032] 步驟1 :生成訓(xùn)練序列，并將訓(xùn)練序列插入到負(fù)載數(shù)據(jù)包前。
[0033]生成訓(xùn)練序列現(xiàn)有方法有多種，例如Schmidl方法、Minn方法、Park方法，其中：
[0034] Schmidl方法，采用0、1序列經(jīng)過(guò)BPSK/QPSK/QAM調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/2的序列 {D(0)，D(I)，D(2)，? ? ?D(N/2-1)}，對(duì)序列{D(0)，D(I)，D(2)，? ? ?D(N/2-1)}進(jìn)行N/2 點(diǎn)的 IFFT調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/2的時(shí)域序列!3=W(〇)//(丨)W(2), / 2-1)丨.，將時(shí)域序列g(shù)進(jìn) 行排列組合，得到Schmidl方法的訓(xùn)練序列帀5];
[0035]Minn方法中，采用0、1序列經(jīng)過(guò)BPSK/QPSK/QAM調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/4的序列 {K(0)，K(l)，K(2)，...K(N/4-l)}，對(duì)序列{K(0)，K(l)，K(2)，...K(N/4-l)}進(jìn)行N/4 點(diǎn)的 IFFT調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/4的時(shí)域序列心丨/:(〇).々(IU(2),.」:(，V/ 4-1):丨，將時(shí)域序列g(shù)進(jìn)行 排列組合，得到Minn方法的訓(xùn)練序列$ ^-K-K];
[0036]Park方法中，采用0、1序列經(jīng)過(guò)BPSK/QPSK/QAM調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/4的序列 {S(0)，S(l)，S(2)，...S(N/4-l)}，對(duì)序列{S(0)，S(l)，S(2)，...S(N/4-l)}進(jìn)行N/4 點(diǎn)的 IFFT調(diào)制，生成長(zhǎng)度為N/4的時(shí)域序列:§=卜(0),.、'(IU'(2)，…5(發(fā)/4-1}} , §的共輒對(duì)稱序列為f={/(7V/4-l)/(W/4-2)/(7V/4-3),??./(0)}，將時(shí)域序列§和序列f進(jìn)行排列組合，得 到Park方法的訓(xùn)練序列P亍IT]s
[0037]本實(shí)例采用Park方法的結(jié)構(gòu)進(jìn)行訓(xùn)練序列的生成，其步驟如下：
[0038] (Ia)利用恒包絡(luò)零自相關(guān)CAZAC序列的計(jì)算公式= ，生成一組長(zhǎng)度 為N/4 的序列{C(0)，C(I)，C(2)，? ? ?C(N/4-1)}，其中n= 0, 1，? ?N/4-1 ;
[0039]所述的CAZAC序列是一種Zadoff-chu序列，計(jì)算公式為：
[0040]
[0041 ] 其中，K是序列的長(zhǎng)度，W與K互質(zhì)，q為任意整數(shù)。
[0042] 本發(fā)明所用的CAZAC序列長(zhǎng)度為K=N/4，N/4是一個(gè)偶數(shù)，取W=l，q= 0,由此 可以獲得本發(fā)明所使用的CAZAC序列的計(jì)算公式為=ewn= 0, 1，. .N/4-1 ;
[0043] (Ib)對(duì)序列{C(0)，C⑴，C⑵，進(jìn)行N/4 點(diǎn)的IFFT調(diào)制， 生成長(zhǎng)度為N/4的時(shí)域序列X=k(0)，r(I),r(2),...r(~ / 4 -丨)丨，A的共輒對(duì)稱序列為 B二! c - GV / 4 - 1)/(~ / 4 - 2)，c (,V / 4--:認(rèn)…(0) h
[0044] (Ic)將時(shí)域序列A和序列:百進(jìn)行排列組合，得到訓(xùn)練序列[iBXS],
[0045] (Id)將訓(xùn)練序列插入到負(fù)載數(shù)據(jù)包前，即在發(fā)送端每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包之前先發(fā) 送訓(xùn)練序列。
[0046] 步驟2 :在接收端，計(jì)算滑動(dòng)窗口起始位置m時(shí)刻的定時(shí)偏移估計(jì)函數(shù)值F(m)。
[0047] (2a)在接收端，利用滑動(dòng)窗對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)滑動(dòng)窗口內(nèi)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行 相關(guān)運(yùn)算得到的相關(guān)值P(m):
[0052] 在接收端