專利名稱：獲得正交頻分復(fù)用信號(hào)定時(shí)同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中使信號(hào)定時(shí)同步的方法，特別涉及適用于WiMAX中的固定寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.16d的OFDM信號(hào)定時(shí)同步的方法。
背景技術(shù)：
在802.16d OFDM系統(tǒng)中采用前導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)解決同步問(wèn)題。前導(dǎo)符號(hào)有兩種，一種稱為長(zhǎng)前導(dǎo)，另一種稱為短前導(dǎo)。長(zhǎng)前導(dǎo)由兩個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成，適用于下行鏈路和初始搜索。短前導(dǎo)只占一個(gè)OFDM符號(hào)長(zhǎng)度，適用于上行鏈路。從頻域看，長(zhǎng)前導(dǎo)的第一個(gè)OFDM符號(hào)只使用序號(hào)為4的倍數(shù)的子載波，第二個(gè)OFDM符號(hào)使用序號(hào)為2的倍數(shù)的子載波，因此形成一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)時(shí)域上的重復(fù)。
本發(fā)明主要對(duì)下行鏈路的符號(hào)定時(shí)算法進(jìn)行研究，因此主要涉及長(zhǎng)前導(dǎo)結(jié)構(gòu)。IEEE 802.16d OFDM系統(tǒng)的前導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。近年來(lái)已有很多討論OFDM符號(hào)定時(shí)同步算法的文章，定時(shí)同步方法通常分為三類，分別是基于循環(huán)前綴的同步，基于導(dǎo)頻的同步和聯(lián)合循環(huán)前綴及導(dǎo)頻的同步。Schmidl算法就是一種基于導(dǎo)頻同步的典型算法。
首先定義一個(gè)大小為2L的滑動(dòng)窗口。假設(shè)L為第二個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的一半長(zhǎng)度(不包括循環(huán)前綴)，定義自相關(guān)乘積和式為P(d)=Σm=0L-1rd+m*rd+m+L]]>其中d是與第一個(gè)符號(hào)采樣相關(guān)的時(shí)間索引，rd+m和rd+m+L代表接收到的OFDM符號(hào)。P(d)是通過(guò)將接收到的OFDM符號(hào)在時(shí)間軸上往右滑動(dòng)，在窗口內(nèi)做距離為L(zhǎng)的自相關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定義第二個(gè)符號(hào)的半能量為
R(d)=Σm=0L-1|rd+m+L|2]]>則符號(hào)定時(shí)的度量式為M(d)=|P(d)|2(R(d))2]]>由于OFDM符號(hào)前面的循環(huán)前綴(CP)是OFDM符號(hào)末尾的復(fù)制，而且又只用了自相關(guān)的性質(zhì)，所以在加性高斯白噪聲(AWGN)信道下的定時(shí)度量值M(d)中出現(xiàn)了頂峰平臺(tái)，如圖2所示。其長(zhǎng)度與保護(hù)間隔(CP)有關(guān)。
Schmidl算法因?yàn)閷?duì)信道和頻偏有魯棒性，而且16d的前導(dǎo)結(jié)構(gòu)滿足該算法的假設(shè)，所以我們可以通過(guò)改進(jìn)schmidl算法獲得更好性能。
Meng Wu和Wei-Ping Zhu在IEEE International Symposium提出了一種利用了第二個(gè)前導(dǎo)符號(hào)進(jìn)行符號(hào)定時(shí)判斷。定義第二個(gè)前導(dǎo)符號(hào)為[ya(k)，yb(k)，ya(k)，yb(k)]，根據(jù)對(duì)稱性得yb(k)＝y(tǒng)a(64-k)(k＝0，1，...，63)得出一個(gè)符號(hào)定時(shí)的度量式為Mmax(m)=|(Σk=0N/4y(m+k)y(m-k))|2(Σk=0N/4|y(m+k)|2)2]]>其中m為定時(shí)偏差估計(jì)點(diǎn)。N為第二個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的長(zhǎng)度(不包括循環(huán)前綴)，根據(jù)這種算法的仿真結(jié)果如圖3所示。
從圖中可以看出，這種方法解決了schmidl算法中的峰值平臺(tái)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)?？墒怯捎谒抢玫诙€(gè)前導(dǎo)符號(hào)進(jìn)行定時(shí)判斷的，所以它不能正確的讀取從第一個(gè)前導(dǎo)開(kāi)始的所有信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種獲得正交頻分復(fù)用信號(hào)定時(shí)同步的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)正確的讀取從第一個(gè)前導(dǎo)開(kāi)始的所有信號(hào)。
本發(fā)明包括以下步驟1.將接收到的前導(dǎo)與在接收端設(shè)定的第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的重復(fù)部分進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得互相關(guān)式P(d)為P(d)=|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|]]>2.將接收到的信號(hào)和接收端設(shè)定的前導(dǎo)序列符號(hào)tm分別做模平方加權(quán)，然后將兩者相乘，得到信號(hào)能量式R(d)為R(d)=(Σm=0L-1|rd+m|2)(Σm=0L-1|tm|2)]]>3.將P(d)與R(d)相除，做歸一化處理，得歸一化度量式Q(d)如下Q(d)=P(d)R(d)=|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|(Σm=0L-1|rd+m|2)(Σm=0L-1|tm|2)]]>式中，{tm，m＝0，……L-1}表示第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的重復(fù)部分，長(zhǎng)度為64個(gè)采樣點(diǎn)。當(dāng)Q(d)值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的d為定時(shí)偏差估計(jì)點(diǎn)。
下面分析該算法在AWGN信道下的性能。將前導(dǎo)結(jié)構(gòu)重畫(huà)如圖4所示。圖4中給出了依據(jù)式4推斷出Q(d)的最高點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)在CP的起始點(diǎn)。假設(shè)接收序列rm＝tm+vm，其中噪聲vm的平均功率為σ2，定義信號(hào)的能量為S0=Σm=0L-1|tm|2.]]>在AWGN信道條件下，通過(guò)如下推導(dǎo)得到Q(d)最高值的期望值為E(P(d))=E(|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|)=S02]]>E(R(d))=E((Σm=0L-1|rd+m|2)(Σm=0L-1|tm|2))=S0(S0+Lδ2)]]>E(Q(d))=E(P(d)R(d))=S0S0+Lδ2=SNRSNR+1]]>式中，信噪比SNR=S0Lδ2.]]>
該方法通過(guò)利用對(duì)第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)進(jìn)行64點(diǎn)的互相關(guān)運(yùn)算不僅降低了運(yùn)算量而且能更準(zhǔn)確讀取從第一個(gè)前導(dǎo)開(kāi)始的數(shù)據(jù)信息。只通過(guò)一個(gè)峰值來(lái)進(jìn)行定時(shí)判斷，從而有效的降低實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)的復(fù)雜度，具有較高的穩(wěn)固性和靈敏度。在信噪比-10dB時(shí)，雖然受到噪聲的影響，但還是能準(zhǔn)確定位到前導(dǎo)符號(hào)的起始時(shí)刻(Q(d)最高點(diǎn))。


圖1為基于IEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)的OFDM系統(tǒng)前導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖；圖2為Schmidl的算法在AWGN信道下的定時(shí)度量變化曲線；圖3為Meng wu和wei-Ping Zhu的算法在AWGN信道下的定時(shí)度量變化曲線；圖4為由本發(fā)明方法確定的符號(hào)定時(shí)位置；圖5為本發(fā)明方法在信噪比為5dB時(shí)的性能；圖6為本發(fā)明方法信噪比為-10dB時(shí)的性能。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)度量式Q(d)進(jìn)行符號(hào)定時(shí)仿真，所采用的是有256個(gè)子載波、循環(huán)前綴(CP)長(zhǎng)度L＝64，BPSK調(diào)制的OFDM前導(dǎo)符號(hào)，其編碼率為1/2。OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)符號(hào)采用QPSK調(diào)制。輸入數(shù)據(jù)為400個(gè)bit。信道選為SUI-3，信噪比分別取5dB和-10dB兩種情況。
1.首先將tm，L以及接收到得信號(hào)rd+m和rd+m+4L，代入互相關(guān)式為P(d)P(d)=|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|]]>L＝64，tm＝0.0625+0.0625i，0.0353-0.1029i，-0.0757+0.0194i，-0.0441+0.0665i，0.0369-0.0063i，0.0921+0.0597i，0.0347-0.0295i，0.0207-0.0921i，0.0552-0.0552i，-0.0010-0.0170i，-0.0035+0.0559i，-0.0239-0.0508i，-0.1021-0.0285i，-0.0312+0.0870i，0.0767-0.0538i，-0.0104-0.0519i，-0.1094-0.0156i，-0.0161-0.0691i，-0.0078+0.0508i，-0.0822+0.0383i，-0.0022-0.0623i，0.0577-0.0112i，0.0889+0.0407i，0.0400+0.0645i，-0.0773+0.0773i，0.0303+0.0789i，0.0471-0.0193i，-0.0805-0.0747i，-0.0359+0.0754i，-0.0303+0.0728i，0.0128-0.0014i，0.0877+0.0655i，0+0.0000i，0.0082-0.0850i，0.0775-0.0754i，0.0876-0.0480i，0.0827+0.0634i，0.0329+0.0629i，0.0260-0.0301i，-0.0244+0.0337i，-0.0552+0.0552i，0.0719-0.0143i，0.0833+0.0479i，-0.0129+0.0372i，0.0084-0.0912i，0.0599-0.0279i，0.0215+0.0655i，-0.0439+0.0678i，-0.0781+0.0781i，-0.1007-0.0150i，-0.0382-0.0391i，-0.0102+0.0046i，-0.0550-0.0573i，0.0297+0.0112i，0.0196+0.0631i，-0.0306-0.0535i，0.0773-0.0773i，0.0087-0.0408i，-0.0828-0.0402i，-0.0471-0.0614i，-0.0578-0.0182i，0.0027+0.0107i，-0.0301-0.0546i，-0.0756+0.0543i.
2.將rd+m和tm的值代入信號(hào)能量式R(d)。
3.將P(d)與R(d)相除可得歸一化度量式Q(d)。圖5、6分別給出了在SUI-3信道下，信噪比分別為5dB和-10dB時(shí)的Q(d)值圖樣。通過(guò)該圖可以看出該算法可以精確的定位到前導(dǎo)的開(kāi)始時(shí)刻(Q(d)最高點(diǎn))。從而進(jìn)行準(zhǔn)確的定時(shí)。
權(quán)利要求
1.獲得正交頻分復(fù)用信號(hào)定時(shí)同步的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將接收到的前導(dǎo)與在接收端設(shè)定的第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的重復(fù)部分進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得互相關(guān)式P(d)為P(d)=|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|]]>(2)將接收到的信號(hào)和接收端設(shè)定的前導(dǎo)序列符號(hào)tm分別做模平方加權(quán)，然后將兩者相乘，得到信號(hào)能量式R(d)為R(d)=(Σm=0L-1|rd+m|2)(Σm=0L-1|tm|2)]]>(3)將P(d)與R(d)相除，做歸一化處理，得歸一化度量式Q(d)如下Q(d)=P(d)R(d)=|Σm=0L-1rd+m*tm||Σm=0L-1rd+m+4L*tm|(Σm=0L-1|rd+m|2)(Σm=0L-1|tm|2)]]>式中，{tm，m＝0，……L-1}表示第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的重復(fù)部分，長(zhǎng)度為64個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)Q(d)值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的d為定時(shí)偏差估計(jì)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中使信號(hào)定時(shí)同步的方法?，F(xiàn)有方法或者難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)，或者不能正確讀取從第一個(gè)前導(dǎo)開(kāi)始的所有信號(hào)。本發(fā)明首先將接收到的前導(dǎo)與在接收端設(shè)定的第一個(gè)前導(dǎo)符號(hào)的重復(fù)部分進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到互相關(guān)式P(d)；然后將接收到的信號(hào)和接收端設(shè)定的前導(dǎo)序列符號(hào)分別做模平方加權(quán)、再相乘，得到信號(hào)能量式R(d)；將P(d)與R(d)相除，做歸一化處理，得歸一化度量式Q(d)。該方法不僅降低了運(yùn)算量而且能更準(zhǔn)確讀取從第一個(gè)前導(dǎo)開(kāi)始的數(shù)據(jù)信息。只通過(guò)一個(gè)峰值來(lái)進(jìn)行定時(shí)判斷，從而有效的降低實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)的復(fù)雜度，具有較高的穩(wěn)固性和靈敏度。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1835493SQ20061005039
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者官伯然, 許杰萍 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)