專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用cazac序列的ofdm系統(tǒng)時(shí)域同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及OFDM技術(shù)領(lǐng)域中的同步方法，特別是涉及一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency-Division Multiplexing 簡(jiǎn)稱(chēng)“OFDM”)技術(shù)不僅在廣播式數(shù)字音頻和視頻領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且已經(jīng)成為無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，是第四代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制方法，通過(guò)對(duì)高速率數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，從而有效地減少由于無(wú)線信道的時(shí)間彌散所帶來(lái)的符號(hào)間干擾。OFDM系統(tǒng)各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。而且OFDM容易實(shí)現(xiàn)，易于與其他多種接入方法結(jié)合使用。但是，OFDM存在容易受 頻率偏差的影響和峰均比過(guò)高的問(wèn)題，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了 OFDM系統(tǒng)的性能。OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)和頻率偏移十分敏感，同步錯(cuò)誤會(huì)破壞子載波間的正交性，引入子載波間干擾和符號(hào)間干擾，因此同步技術(shù)對(duì)OFDM系統(tǒng)非常重要。許多算法被用于估計(jì)OFDM系統(tǒng)的定時(shí)和頻率偏移。按是否需要數(shù)據(jù)輔助進(jìn)行分類(lèi)，同步算法可以分為數(shù)據(jù)輔助和非數(shù)據(jù)輔助兩大類(lèi)。其中非數(shù)據(jù)輔助算法不需要額外設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列，節(jié)省了系統(tǒng)帶寬，提高了帶寬利用率，但同步性能比數(shù)據(jù)輔助算法差。而數(shù)據(jù)輔助算法則是利用一些隨機(jī)序列，通過(guò)捕獲定時(shí)度量函數(shù)的峰值完成定時(shí)同步，進(jìn)而完成頻率同步，具有捕獲快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。隨機(jī)序列主要是PN序列和CAZAC序列等一些自相關(guān)、互相關(guān)性能良好的隨機(jī)序列。目前的同步算法大多在頻域完成整數(shù)頻偏估計(jì)，然而快速傅里葉變換運(yùn)算會(huì)顯著增加同步所需的時(shí)間和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，因此有必要研究在不降低系統(tǒng)性能的前提下完全在時(shí)域進(jìn)行的同步算法。此外，如何設(shè)計(jì)更優(yōu)的訓(xùn)練序列以及相應(yīng)的定時(shí)度量函數(shù)，產(chǎn)生尖銳定時(shí)度量函數(shù)相關(guān)峰，避免訓(xùn)練序列自身結(jié)構(gòu)和循環(huán)前綴所引入的副峰值和峰值平臺(tái)的影響，提高定時(shí)同步準(zhǔn)確率，以及如何獲得更好的頻偏估計(jì)性能，是本領(lǐng)域研究人員比較關(guān)心的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更高準(zhǔn)確率、更快和更低復(fù)雜度的定時(shí)和頻率同步。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，包括以下步驟(I)利用一個(gè)CAZAC序列構(gòu)造具有前后重復(fù)結(jié)構(gòu)的時(shí)域訓(xùn)練序列；(2)構(gòu)造一個(gè)與所述訓(xùn)練序列等長(zhǎng)的加權(quán)序列，其特定位置包含一個(gè)與CAZAC序列等長(zhǎng)的實(shí)PN序列，其余位置上的值為1，用該加權(quán)序列與原時(shí)域訓(xùn)練序列相乘得到新的訓(xùn)練序列；
(3)利用所述加權(quán)序列中PN序列部分與接收信號(hào)中被PN序列加權(quán)的部分對(duì)應(yīng)相乘并求和，得到定時(shí)度量函數(shù)；(4)搜索定時(shí)度量函數(shù)最大值，完成定時(shí)同步；(5)通過(guò)計(jì)算接收的新訓(xùn)練序列前后未被PN序列加權(quán)的兩部分的相位差，得到小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值；(6)利用頻偏對(duì)CAZAC序列時(shí)域相關(guān)特性的影響，構(gòu)造整數(shù)頻偏判決函數(shù)，在時(shí)域完成整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值；(7)利用小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值和整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值，完成頻率同步。所述步驟(I)還包括以下子步驟首先構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)度為N的CAZAC序列，其中N為 一個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)的長(zhǎng)度，該CAZAC序列表示為</) = exp(^-)，其中，j為虛數(shù)單位，
N
r=N-l, k=0，l，...，N-l ;接著為該CAZAC序列前后分別加上循環(huán)前綴與循環(huán)后綴，其中，循環(huán)前綴是CAZAC序列后Ng點(diǎn)數(shù)據(jù)的復(fù)制，循環(huán)后綴是CAZAC序列前N-Ng點(diǎn)數(shù)據(jù)的復(fù)制，得到長(zhǎng)度為2N的具有前后重復(fù)結(jié)構(gòu)的時(shí)域訓(xùn)練序列。所述步驟(2)包括以下子步驟先構(gòu)造長(zhǎng)度為2N的加權(quán)序列，表示為 pn{k),々=0，1,·..,τ￥/4_1
pn{k- Nil), k = 3 JV/4,3 JV/4 +1,, ..,5 JV/4 -1咐)= 外 l=7JV/4JJV/4+l...,2JV-l，其中，Pn ⑴ e U，-1}，i=0，1，2，…，N-1，
Λ其他
是長(zhǎng)度為N的PN序列，將s(k)與所述時(shí)域訓(xùn)練序列相乘，得到同步所需的新的訓(xùn)練序列。所述定時(shí)度量函數(shù)為M (d) = I P (d) 12/ (R⑷)2，其中，
I JV/4-1
m'3Nl4)s{k+N\m*^JV/4)r ( Ζ+ +Μ-3JV/4)r(^/+身 + N+ m·3JV/4)，
歷=G !■二O
^ = Σ (Η^+^+/ · Λ0|2 +1/<^+ /-+3^/4 + iV)|2), ( ·)* 表示取共軛，r()為接收信號(hào)，
2m=0 ^=O
d為采樣點(diǎn)序號(hào)，m，k為函數(shù)P(d)，P(d)的中間變量。所述步驟(5)具體為通過(guò)計(jì)算接收信號(hào)中由定時(shí)度量函數(shù)最大值確定的接收訓(xùn)練序列前后相距為N的兩個(gè)未經(jīng)PN序列加權(quán)的長(zhǎng)度各為N/2的數(shù)據(jù)塊的相位差，得到小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值&。所述步驟(6)包括以下子步驟首先對(duì)接收信號(hào)中由定時(shí)度量函數(shù)最大值確定的長(zhǎng)度為2N的序列進(jìn)行去加權(quán)操作，即將其與加權(quán)序列s(k)相乘，進(jìn)而利用整數(shù)頻偏造成CAZAC序列時(shí)域相關(guān)峰移位的性質(zhì)，得到整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值4。所述步驟(7)中的頻率偏移估計(jì)值為小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值與整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值之和。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明消除了由循環(huán)前綴所引入的定時(shí)度量函數(shù)峰值平臺(tái)，并且消除了由于循環(huán)前綴和同步序列自身的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)所引入的定時(shí)度量函數(shù)的副峰值，以上兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使定時(shí)同步更準(zhǔn)確。利用接收訓(xùn)練序列中兩個(gè)長(zhǎng)度為N/2且相距為N的數(shù)據(jù)塊的相位差來(lái)進(jìn)行小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)，估計(jì)精度更高，在時(shí)域利用整數(shù)頻偏造成CAZAC序列相關(guān)峰移位的特性來(lái)估計(jì)整數(shù)倍頻率偏移，由于CAZAC序列的良好互相關(guān)性，有很高的估計(jì)準(zhǔn)確率，同時(shí)估計(jì)范圍可達(dá)整個(gè)系統(tǒng)帶寬。此外，由于所有運(yùn)算均在時(shí)域進(jìn)行，不需要經(jīng)過(guò)FFT，因此降低了同步模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)同步的速度。


圖I是本發(fā)明的流程圖；圖2是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在聞斯彳目道下的定時(shí)偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖；圖3是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在聞斯信道下的頻率偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖；圖4是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在多徑裳落信道A下的定時(shí)偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖；·圖5是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在多徑衰落信道A下的頻率偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖；圖6是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在多徑衰落信道B下的定時(shí)偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖；圖7是本發(fā)明算法與算法I、算法2和算法3在多徑裳落信道B下的頻率偏移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差的比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，如圖I所示，包括以下步驟(I)構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)度為N的CAZAC序列，其中N為一個(gè)OFDM符號(hào)的長(zhǎng)度，該序列可以表示為
權(quán)利要求
1.一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)利用一個(gè)CAZAC序列構(gòu)造具有前后重復(fù)結(jié)構(gòu)的時(shí)域訓(xùn)練序列； (2)構(gòu)造一個(gè)與所述訓(xùn)練序列等長(zhǎng)的加權(quán)序列，其特定位置包含一個(gè)與CAZAC序列等長(zhǎng)的實(shí)PN序列，其余位置上的值為1，用該加權(quán)序列與原時(shí)域訓(xùn)練序列相乘得到新的訓(xùn)練序列； (3)利用所述加權(quán)序列中PN序列部分與接收信號(hào)中被PN序列加權(quán)的部分對(duì)應(yīng)相乘并求和，得到定時(shí)度量函數(shù)； (4)搜索定時(shí)度量函數(shù)最大值，完成定時(shí)同步； (5)通過(guò)計(jì)算接收新的訓(xùn)練序列前后未被PN序列加權(quán)的兩部分的相位差，得到小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值； (6)利用頻偏對(duì)CAZAC序列時(shí)域相關(guān)特性的影響，構(gòu)造整數(shù)頻偏判決函數(shù)，在時(shí)域完成整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值； (7)利用小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值和整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值，完成頻率同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述步驟(I)還包括以下子步驟首先構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)度為N的CAZAC序列，其中N為一個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)的長(zhǎng)度，該CAZAC序列表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下子步驟先構(gòu)造長(zhǎng)度為2N的加權(quán)序列，表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述定時(shí)度量函數(shù)為M(d) = |P(d) |2(R(d))2，其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述步驟(5)具體為通過(guò)計(jì)算接收信號(hào)中由定時(shí)度量函數(shù)最大值確定的接收訓(xùn)練序列前后相距為N的兩個(gè)未經(jīng)PN序列加權(quán)的長(zhǎng)度各為N/2的數(shù)據(jù)塊的相位差，得到小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值&
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述步驟(6)包括以下子步驟首先對(duì)接收信號(hào)中由定時(shí)度量函數(shù)最大值確定的長(zhǎng)度為2N的序列進(jìn)行去加權(quán)操作，即將其與加權(quán)序列s(k)相乘，進(jìn)而利用整數(shù)頻偏造成CAZAC序列時(shí)域相關(guān)峰移位的性質(zhì)，得到整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值€ O
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，其特征在于，所述步驟(7 )中的頻率偏移估計(jì)值為小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值與整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值之和。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用CAZAC序列的OFDM系統(tǒng)時(shí)域同步方法，包括以下步驟利用一個(gè)CAZAC序列在時(shí)域構(gòu)造具有前后重復(fù)結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列；構(gòu)造一個(gè)與該訓(xùn)練序列等長(zhǎng)的加權(quán)序列；用該加權(quán)序列與原訓(xùn)練序列相乘得到新的訓(xùn)練序列；在接收端利用已知加權(quán)序列中PN序列部分與接收訓(xùn)練序列中被PN序列加權(quán)的部分對(duì)應(yīng)相乘并求和，得到定時(shí)度量函數(shù)，通過(guò)搜索其最大值完成符號(hào)定時(shí)同步；通過(guò)計(jì)算得到小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)；構(gòu)造整數(shù)頻偏判決函數(shù)，在時(shí)域完成整數(shù)倍頻率偏移估計(jì)。本發(fā)明不僅消除了傳統(tǒng)同步方法中對(duì)稱(chēng)序列結(jié)構(gòu)和循環(huán)前綴所引起的副峰值和峰值平臺(tái)對(duì)定時(shí)的影響，使定時(shí)同步準(zhǔn)確率更高。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102932307SQ20121041779
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者張力, 汪涵, 高丹, 王營(yíng)冠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所