[發明專利]多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案

無效

• 申請號: 201210159651.6
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102664859A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 戈立軍;苗長云;李春雨;巨阿強
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/02;H04L25/03
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技術領域

同步與信道估計算法是無線通信接收機中決定系統性能的關鍵部分，本發明提出多頻帶OFDM超寬帶接收機中完整的同步與信道估計方案，具體涉及幀檢測、符號定時、載波頻率同步、采樣頻率同步及信道估計與均衡。該方案可廣泛應用于基于多頻帶OFDM方式的高速短距離超寬帶無線通信系統中。

背景技術

超寬帶(UWB)系統具有傳輸速率高、功耗低、抗干擾能力強等優點，是未來無線通信領域的發展方向。多頻帶正交頻分復用(MB-OFDM)是UWB物理層技術方案之一，被建議作為無線個人局域網IEEE802.15.3a的物理層標準，并被歐洲ECMA-368、國際ISO/IEC26907及中國GB/T26229-2010標準采納。MB-OFDM-UWB被譽為取代藍牙的下一代高速短距離無線通信技術，最高支持480Mbps傳輸速率，又被稱為“無線USB2.0”。ECMA-368標準規定了如下系統參數：將3.1-10.6GHz頻段劃分為14個寬為528MHz的子頻帶，帶內采用OFDM技術；每帶包括128個子載波，其由100個數據子載波、12個導頻子載波、10個保護子載波及6個空子載波組成，37點零后綴作為保護間隔；OFDM符號由時頻碼控制分時調制到不同中心頻率的載波上，實現多頻帶傳輸；標準前導序列中包括24個同步訓練序列與6個信道估計序列。

OFDM無線通信系統頻帶利用率高，抗多徑能力強，但對時頻同步偏差敏感。符號定時偏差造成FFT計算窗口位置錯誤，在CP-OFDM系統中若定時超前但不超過保護間隔則只造成相位偏轉，若定時滯后或定時超前且超出保護間隔范圍，則會導致符號間串擾(ISI)；載波頻率偏差造成各子載波正交性被破壞，帶來子載波間干擾(ICI)；采樣頻率偏差可同時帶來ICI和ISI。ICI和ISI會導致接收端星座圖發生彌散，系統性能嚴重下降，因此必須正確的進行時頻同步。OFDM系統的同步通常包括3方面內容：幀檢測及符號定時；載波頻率偏差估計及補償；采樣頻率偏差估計及補償。幀檢測一般為根據幀頭信息判斷是否有有效數據幀到來，是同步的第一環節。幀檢測要求十分精確，不能有漏幀或虛幀，否則會產生很大的誤碼。符號定時同步的作用為找到OFDM符號的起始位置，即確定計算FFT時窗口的起始位，以便正確進行多載波的正交解調。符號定時位置錯誤可造成嚴重的ISI，極大影響系統性能。載波同步主要是對載波頻率進行同步，對子載波間隔進行歸一化的載波頻偏又可分為整數倍頻偏和小數倍頻偏。載波頻偏來自信道多普勒頻移及收發機本地振蕩器的不同步，破壞子載波正交性，引起ICI。采樣鐘同步主要是對采樣鐘頻率進行同步，采樣鐘的頻偏由收發機數模和模數變換的控制時鐘的不同步造成。采樣鐘頻率偏差會造成ICI，當頻偏累積效應達到一個整數倍采樣值時，相當于引入一個符號定時偏差，則還會帶來ISI，所以可以把符號定時同步和采樣鐘同步聯合起來考慮。

無線信道根據多徑時延的大小可分為頻率選擇性衰落和平坦衰落信道，根據通信終端移動速度快慢可分為快衰落和慢衰落信道。不同的信道環境對系統性能影響不同，對信道估計能力的要求也不同。信道估計算法一般基于訓練序列和導頻來實現，正確的設計信道估計輔助信息以及滿足性能要求且復雜度較低的信道估計算法是OFDM系統的關鍵。非時變信道下，一幀內信道保持不變，可基于前導訓練序列進行估計；在時變信道中，可使用連續或分散導頻實時的跟蹤信道的變化，導頻的樣式由信道相干時間與相干帶寬決定，導頻的時域間隔應小于信道的相干時間，頻域間隔應小于信道的相干帶寬。

UWB信道的沖激響應可表示為