[發(fā)明專利]OFDM系統(tǒng)的定時(shí)同步方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110406937.5
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102377726A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙軍輝;呂宸;李非;劉暢
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于OFDM系統(tǒng)的定時(shí)同步方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代通信系統(tǒng)廣泛采用正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，OFDM)技術(shù)作為物理層標(biāo)準(zhǔn)之一。OFDM的基本原理是將串行高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)變成低速子數(shù)據(jù)流，使用相互正交的一組子載波傳輸數(shù)據(jù)。子信道的頻譜是正交且相互重疊的，因此OFDM頻譜利用率較高。

因?yàn)閷⒋袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱说退俨⑿袛?shù)據(jù)，OFDM系統(tǒng)可以有效地對抗無線信道的多徑效用，但與單載波通信相比，它需要更為精確的系統(tǒng)同步。時(shí)間同步錯誤不僅會使信號的幅度和相位產(chǎn)生畸變，還會導(dǎo)致各個OFDM符號之間產(chǎn)生干擾，引入ISI(Inter-Symbol?Interference，符號間干擾)，破壞符號的完整性，從而降低系統(tǒng)性能的顯著下降。傳統(tǒng)的OFDM定時(shí)同步通常在數(shù)據(jù)幀前添加特殊結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列，在接收端通過輸入信號的自相關(guān)運(yùn)算取峰值得到定時(shí)同步的起點(diǎn)。這種方法在非多徑以及第一徑為最強(qiáng)徑的多徑環(huán)境中可以取得良好的效果，但在第一徑不是最強(qiáng)徑的惡劣無線信道環(huán)境中，往往會造成定時(shí)的延遲。有人提出對相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行求和計(jì)算，搜索相關(guān)和值的最大值來作為定時(shí)度量，這種方法需要準(zhǔn)確確定搜索窗口的大小，否則也會造成定時(shí)不準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對復(fù)雜多徑信道下OFDM系統(tǒng)現(xiàn)有定時(shí)同步技術(shù)易造成定時(shí)后移的問題，提出一種OFDM系統(tǒng)的定時(shí)同步方法，用以提高多徑信道下OFDM系統(tǒng)定時(shí)同步的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

OFDM系統(tǒng)的定時(shí)同步方法，該方法包括如下步驟：

1)在OFDM系統(tǒng)發(fā)送端產(chǎn)生隨機(jī)序列A，按其反向輸出記錄序列B，組成對稱結(jié)構(gòu)訓(xùn)練序列S＝[A?B]；

2)建立需要的OFDM基帶信號，訓(xùn)練序列采用步驟1產(chǎn)生的序列，添加在待發(fā)送的數(shù)據(jù)前，并送入信道；

3)OFDM系統(tǒng)接收端接收的信號在時(shí)域進(jìn)行定時(shí)同步。

進(jìn)一步，所述步驟1)中，訓(xùn)練序列具體長度可根據(jù)需要使用的OFDM符號長度決定。

進(jìn)一步，所述步驟2)中OFDM基帶信號采用多徑信道模型。

進(jìn)一步，所述步驟3)中定時(shí)同步可具體為如下幾個步驟：

步驟101：進(jìn)行定時(shí)同步時(shí)，從接收OFDM信號中某一符號的訓(xùn)練序列位置開始，向前向后各取長度為L的數(shù)據(jù)段進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，L為步驟1中訓(xùn)練序列長度的一半；同時(shí)利用接收信號的能量將相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果歸一化，這樣對每一個采樣點(diǎn)可以得到一個計(jì)算度量M(t)，t為采樣點(diǎn)數(shù)；

步驟102：定義M(t)的相關(guān)和值V(t)，式中，需要確定搜索窗口W，W應(yīng)約為信道的最大時(shí)延；

步驟103，檢測V(t)的第一個下降沿，也就是定時(shí)的位置應(yīng)當(dāng)為第一個滿足不等式V(t+1)-V(t)≥T_h的時(shí)刻，式中T_h為定義的檢測閾值，應(yīng)大于信道噪聲均值，且小于多徑信號最強(qiáng)徑峰值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在OFDM接收系統(tǒng)定時(shí)同步中檢測定時(shí)度量的第一個下降沿而不是直接取峰值，可以提高定時(shí)同步的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，同時(shí)不帶來明顯的運(yùn)算量提升，且適用于復(fù)雜的多徑衰落信道。

附圖說明

圖1是通用的OFDM系統(tǒng)鏈路級模型。

圖2是本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，由訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)流構(gòu)成。

圖3是本發(fā)明定時(shí)同步的具體步驟示意圖。

圖4是利用互相關(guān)運(yùn)算確定搜索窗口大小的效果圖。

圖5是對M(t)進(jìn)行求和運(yùn)算的示意圖。

圖6是本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法在復(fù)雜多徑環(huán)境下的效果對比。

具體實(shí)施方式

下文結(jié)合附圖，對實(shí)施范例作詳細(xì)說明。值得注意的是，下述說明僅僅是示例性的，并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

圖1是通用OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包含了一個完整OFDM系統(tǒng)應(yīng)具備的基本模塊。

步驟1：發(fā)射端設(shè)定OFDM系統(tǒng)子載波數(shù)1024，循環(huán)前綴128位，映射方式選擇QPSK。訓(xùn)練序列由一個128位的隨機(jī)序列和其逆向序列構(gòu)成對稱結(jié)構(gòu)，記為T。每一幀數(shù)據(jù)添加訓(xùn)練序列后，構(gòu)成如圖2所示的幀結(jié)構(gòu)，送入信道進(jìn)行發(fā)射。

步驟2：信號經(jīng)過多徑衰落信道，會受到多徑效應(yīng)和高斯噪聲的干擾影響。其中多徑信道路徑數(shù)為4，且第一徑與最強(qiáng)徑能量相比較小，接收端接收到的信號為4條路徑分別受到相應(yīng)延遲和功率衰減后，進(jìn)行疊加的結(jié)果，記為r(t)。