[發明專利]基于CAZAC序列的低復雜度抗頻偏同步方法

有效

• 申請號: 201911298414.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110971558B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 宮豐奎;文妮;賈鐵燕;龔險峰;惠騰飛;李果
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04J13/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種多載波OFDM系統中基于CAZAC序列的低復雜度抗頻偏同步方法，主要解決現有算法同步性能差及復雜度高的問題，其實現方案為：在發送端構造基于CAZAC序列的訓練序列；在接收端構造定時度量函數，搜索其最大值，完成定時同步；利用定時同步的結果，首先估計粗略的小數倍頻率偏移，然后估計精細的小數倍頻率偏移，最后估計整數倍頻率偏移，完成頻率同步。本發明提高了OFDM系統同步性能，簡化了定時度量函數，降低了計算復雜度，可用于突發傳輸或連續傳輸的無線通信場景。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別涉及一種面向多載波OFDM系統同步方法，可用于突發傳輸或連續傳輸的無線通信場景。

背景技術

正交頻分復用OFDM作為一種多載波調制方式，具有頻譜效率高、抗頻率選擇性衰落和易調制解調等優點，已被廣泛應用于多個無線通信場景中，例如長期演進LTE、數字視頻廣播DVB、無線局域網WLAN等等。雖然OFDM有上述優點，但是同樣其信號調制機制也使得OFDM信號在傳輸過程中存在著一些劣勢，例如對由多普勒頻移或振蕩器的不穩定性所引起的定時偏差和頻率偏移非常敏感，一旦產生同步誤差，會破壞子載波間的正交性，引入子載波間干擾ICI和符號間干擾ISI，導致OFDM信號解調失敗，所以OFDM系統對同步的要求很高，近年來很多同步算法被提出，用來聯合或單獨估計定時偏移和頻率偏移。

在OFDM系統中，按是否需要數據輔助進行分類，其同步方法大致可分為兩類：非數據輔助的盲估計算法和數據輔助的估計算法。其中，

非數據輔助的盲估計算法一般用于連續系統中，主要是利用OFDM系統自身的結構特性進行同步，其代表算法是基于循環前綴的最大似然ML估計算法，這種算法不需要額外設計同步序列，節省了系統帶寬，提高了帶寬利用率，但同步性能比數據輔助算法差。

數據輔助的估計算法一般用于突發系統中，主要是利用一些隨機序列，通過捕獲定時度量函數的峰值完成定時同步，進而完成頻率同步。隨機序列主要是由PN序列或CAZAC序列等一些自相關、互相關性能良好的序列構成。其中基于PN序列進行同步的代表性算法有：SC在其發表的論文“Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM”(IEEE Transactions on Communications,1997,45:1613-1621)中提出利用兩個相同的序列進行定時同步的方案，但由于循環前綴的存在，其定時度量存在平頂效應；Minn發表的論文“On Timing Offset Estimation for OFDM Systems”(IEEE Communications Letters,2000,4:242-244)在SC算法的基礎上進行了改進，利用四部分序列進行定時同步，該方法雖然消除了平頂效應，但仍存在較高旁瓣；Park在其發表的論文“A Novel TimingEstimation Method for OFDM Systems”(IEEE Communications Letters,2003,7:53-55)中設計了一種具有共軛對稱性質的訓練序列結構，其與SC算法和Minn算法比較，該算法在正確的起始點位置存在一個較大的峰值，提高了定時度量的準確性，但仍存在較小的旁瓣；Yang在其發表的論文“An Efficient Symbol Timing Scheme for OFDM Systems UsingOptimal Correlation-Based Circular-Shifted Preamble”(IEEE WirelessCommunications Letters,2019)中提出了一種基于最優相關的循環移位前導序列CSP的粗符號定時算法，該算法在多徑衰落信道下具有良好的性能，但其計算復雜度較高。

這些算法出現的峰值平頂效應或存在的較大旁瓣，對定時同步有一定的影響，并且在采用PN序列進行符號定時同步時，會存在高峰均比的問題，而CAZAC序列良好的相關特性和低峰均比特性正好可以解決這些問題，因此利用CAZAC序列進行同步在OFDM系統中得到了廣泛應用。