低信噪比zcz序列及互模糊函數(shù)的分布式mimo-ofdm系統(tǒng)同步新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及MM0-0FDM技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)的 分布式M頂0-0FDM系統(tǒng)同步新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人們對通信質(zhì)量和通信速度有越來越高的要求， 其未來移動通信強調(diào)需要有較高的傳輸速率以及頻譜利用率高，而MMO-OFDM系統(tǒng)有效 地解決了這兩大要求。0FDM技術(shù)具有良好的抗多徑衰落的能力以及頻譜利用率高、高速 率傳輸?shù)葍?yōu)點，MHTO技術(shù)采用多發(fā)射天線和多接收天線進行無線通信傳輸技術(shù)，可獲得 空間復(fù)用增益和空間分集增益，有效增加系統(tǒng)信道容量。0FDM技術(shù)和MM0技術(shù)相結(jié)合的 M頂0-0FDM系統(tǒng)可以有效地達到上述要求。
[0003] 現(xiàn)有的MIM0-0FDM系統(tǒng)仍然存在對同步錯誤率和頻率偏移敏感的問題，目前，分 布式M頂0-0FDM系統(tǒng)本身比較復(fù)雜，從而分布式M頂0-0FDM系統(tǒng)同步方法研究較少，因此， 研究分布式MHTO-OFDM系統(tǒng)同步方法是目前4G無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要研究方向之一。
[0004] 在低信噪比條件下，分布式Mnro-OFDM系統(tǒng)很難獲取精確的同步，因此，提出 一種在低信噪下獲取良好的系統(tǒng)同步性能非常有必要。AliS.Rachini等人提出一種 基于CAZAC序列新訓練序列結(jié)構(gòu)的時間同步方法，在接收端是利用本地訓練序列與數(shù) 據(jù)信號相關(guān)獲取定時同步。仿真結(jié)果表明在低信噪比條件下，該方法的時間同步性能 較好，但是沒有考慮存在頻率偏移的情況下。XiaoChi等人提出一種改進的載波頻 率同步方法，該方法是假設(shè)具有精確的時間同步的條件下進行，在接收端采用短序列 相關(guān)獲取整數(shù)頻偏估計，長序列相關(guān)獲取小數(shù)頻偏估計，仿真結(jié)果表明，在低信噪比條 件下，頻偏估計性能較優(yōu)，但該算法缺乏考慮定時頻偏存在的情況下。對比文獻：[1] AliS.Rachini,FabienneNouvel,AliBeydoun,BilalBeydoun.ANovelCompact PreambleStructureforTimingSynchronizationinMIM00FDMSystemsUsingCAZAC Sequences[C].TheSecondInternationalConferenceonCommunications,Computat ion,NetworksandTechnologies,pp:1-6,2013. [2]XiaoChi,YinChangchuan，Huang Hai,PengDuan，MaYan.Animprovedcarrierfrequencysynchronizationalgorithm withspatialdiversityMIM0-0FDMsystem[C]?Proceedingsofthe2ndIEEE InternationalConferenceonBroadbandNetwork&MultimediaTechnology. Beijing:IEEE, 2009:628-631.
[0005] 為了克服現(xiàn)有的分布式MMO-OFDM系統(tǒng)同步方法的不足，提出一種低信噪比ZCZ 序列及互模糊函數(shù)的分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)同步新方法，該同步方法的訓練序列采用基于 四相的正交ZCZ序列構(gòu)造訓練序列，其具有保密性和獨創(chuàng)性等優(yōu)點，并且由于每根天線上 的訓練序列不一樣，可以有效避免天線間的干擾，便于分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)在接收端的 天線選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出一種低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)的分布式MM0-0FDM系統(tǒng)同步新 方法，該方法主要是針對在低信噪比條件，分布式MMO-OFDM系統(tǒng)很難獲取精確的同步信 息。本發(fā)明提出的同步新方法，首先是構(gòu)造四相正交ZCZ序列及其周期延拓構(gòu)造共輒對稱 的新訓練序列，其次，在接收端建立數(shù)據(jù)信號和新訓練序列的互模糊函數(shù)，獲取精確的時間 同步。其精確的時間同步和頻偏估計可以保證數(shù)據(jù)信號的正確解調(diào)。
[0007] 本發(fā)明提出一種低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)的分布式MM0-0FDM系統(tǒng)同步新 方法的創(chuàng)新點：
[0008] (1)本發(fā)明采用現(xiàn)有的四相正交序列的ZCZ序列，以及通過ZCZ序列周期延拓并經(jīng) 過IFFT調(diào)制后的序列構(gòu)成共輒對稱訓練序列。
[0009] (2)本發(fā)明在接收端，利用互模糊函數(shù)性質(zhì)進行相關(guān)，并獲取精確的時間同步，以 及采用數(shù)據(jù)信號相關(guān)獲取頻率偏移估計值。
[0010] 本發(fā)明提出一種低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)的分布式MMO-OFDM系統(tǒng)同步新 方法，該系統(tǒng)的天線設(shè)置NT個發(fā)射天線和NR個接收天線，其具體步驟如下：
[0011] 步驟1 :采用現(xiàn)有的四相正交序列的ZCZ序列，其一個四相ZCZ序列集（L，U，T)= (16,4,4)是由四相互補序列對的方法產(chǎn)生，L為序列的長度，U為序列的數(shù)目，T為零相關(guān) 區(qū)的寬度。其四相正交序列可以表示為：
[0012] C〇= [1 1 1 1 1 j -1 -j 1-11-11 -j-1j]；
[0013] Q= [1 j-1-j 1 -1 1 -1 1 -j-1 j 1 1 1 1 1]；
[0014] C2= [1 -1 1 -1 1 -j -1 j 1 1 1 1 1 j-1 -j]；
[0015] C3= [1 -j-1j 1 1 1 1 1 j -1-j 1 -1 1 -1]；
[0016] 其中，正交序列(^是C。循環(huán)左移4個位置得到，C2是C:循環(huán)左移4個位置得到， (：3是(：2循環(huán)左移4個位置得到；
[0017] 步驟2 :利用上述四相正交的序列經(jīng)過IFFT變換將頻域序列轉(zhuǎn)換為時域序列，其 可以表示為：
[0018] Cl (n) =IFFT(Cx (n)), 0 ^i^ 3 (1)
[0019] 步驟3:N為子載波數(shù)，將該四相正交的短序列Cl(n)和c1+1(n)重復(fù)L/2次分別構(gòu) 造成長度為N/8序列Cl' (n)和c1+1' (n)，隨后將其兩個序列組成長度為N/4的序列Pl(n)， 其可以表示為：
[0020]
③
[0021] 步驟3 :將序列Pl (n)經(jīng)過共輒特性構(gòu)造序列Sl (n)，其可以表示為：
[0022] Sl(n) =Pl*(n+N/4) (3)
[0023] 步驟4 :將序列Pl (n)和序列Sl (n)組合，并重復(fù)一次構(gòu)造訓練序列心(n)。
[0024] 步驟5 :基于新訓練序列的互模糊函數(shù)可獲取定時同步信息，其具體表達式如下：
[0025]
(4)
[0026] 式中，r]( ?)表示接收端第j根天線上的數(shù)據(jù)信號，<(?)是第i根發(fā)射天線上的訓 練序列。
[0027] 步驟6 :由于模糊函數(shù)在原點有極大值，因此，其同步精確定時偏移估計位置為：
[0028]
(5)
[0029] 式中，表示定時偏移估計值。
[0030] 步驟7 :利用接收信號相關(guān)獲取頻率偏移估計值，其頻率偏移估計函數(shù)可以表示 為：
[0031]
[0032]
[0033] 式中，D為0FDM符號長度與訓練序列重復(fù)式樣的長度之比取整數(shù)，則頻率偏移估 計范圍是I4 由此可知，頻偏估計范圍會因〇的取值增大而增大。
[0034] 步驟8 :為了進一步提高頻偏估計性能，在估計出頻率偏移后，對已估計的頻率偏 移進行補償，其可以表示為：
[0035]
[0036] 步驟9 :利用循環(huán)前綴再估計一次頻率偏移，其可以有效的提高頻偏估計性能，其 具體公式可以表示為：
[0037]
[0038] 式中，1人;.-￥狄5。
[0039] 步驟10 :頻率同步的偏移估計值是：
[0040]
[0041 ] 式中，I表示總的頻偏估計值。
【附圖說明】
[0042] 為了更加詳細說明一種低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)的分布式MM0-0FDM系統(tǒng) 同步新方法，針對本發(fā)明所涉及到的圖表進行詳細說明。
[0043] 圖1是本發(fā)明MMO-OFDM系統(tǒng)原理基本框圖。圖中，MHTO-OFDM系統(tǒng)原理基本 框圖主要是由兩部分組成，分別是發(fā)射機和接收機，在發(fā)射機端，主要模塊包括：調(diào)制模塊 102,IFFT模塊104,數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊（D/A) 108,在接收機端，主要模塊包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（A/ D) 109,同步和信道估計模塊110,FFT模塊113,解調(diào)模塊115。
[0044] 圖2是本發(fā)明新ZCZ序列結(jié)構(gòu)框圖。圖中，訓練序列是插入到各發(fā)送天線0FDM符 號之前。圖3是本發(fā)明基于四相正交ZCZ序列構(gòu)造的訓練序列示意圖。圖中，構(gòu)造四相正 交ZCZ序列及其周期延拓構(gòu)造共輒對稱的新訓練序列。
[0045] 圖4是本發(fā)明低信噪比ZCZ序列及互模糊函數(shù)分布式祖M0-0FDM系統(tǒng)同步新算法 流程圖。圖中，首先是建立數(shù)據(jù)信號與訓練序列的互模糊函數(shù)，并通過模糊函數(shù)在原點有最 大值來判斷精確的定時同步位置，隨后進行頻偏估計和頻偏補償，最后利用循環(huán)前綴進行 剩余頻偏估計。圖5是本發(fā)明在多徑衰落信道下時間同步正確概率比較圖。圖中，橫坐標 表示信噪比（SNR)，縱坐標表示時間同步正確概率，文獻[l]AliS.Rachini等人提出一種 基于CAZAC序列新訓練序列結(jié)構(gòu)的時間同步方法，在接收端是利用本地訓練序列與數(shù)據(jù)信 號相關(guān)獲取定時同步。由圖看出，改進算法的時間同步正確概率的性能明顯優(yōu)于文獻[1]。 對比文南犬：[l]AliS.Rachini,FabienneNouvel,AliBeydoun,BilalBeydoun.ANovel CompactPreambleStructureforTimingSynchronizationinMIM00FDMSystemsUsing CAZACSequenc