專利名稱：Ofdm幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中同步技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于寬帶數(shù)據(jù)分組突發(fā)傳 輸正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統(tǒng)的幀同步、 頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用技術(shù)因其出色的抗多徑能力和很高的頻譜利用率在當(dāng)前寬帶無線 通信系統(tǒng)及數(shù)字廣播通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用例如無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)WiFi (802. Ila/ g/n)，WiMax (802. 16d/e)、LTE下行鏈路，數(shù)字廣播系統(tǒng)DVB、CMMB等都采用了 OFDM技術(shù)。 OFDM技術(shù)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是對時(shí)間偏移和頻率偏移比較敏感，時(shí)間偏移會導(dǎo)致符號間干 擾，頻率偏移會破壞子載波之間的正交性，引起載波間干擾，使得系統(tǒng)性能急劇下降。要想 實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)解調(diào)結(jié)果的低誤碼率性能，需要精確的頻率同步。不同的頻率同步算法 會導(dǎo)致頻率同步實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度差別巨大，而分組突發(fā)的寬帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)需要同步借助輔 助訓(xùn)練數(shù)據(jù)序列的作用在很短的時(shí)間內(nèi)完成同步，因而需要同步技術(shù)具備低復(fù)雜度和實(shí)時(shí) 性的優(yōu)點(diǎn)，時(shí)間同步和頻率同步是OFDM接收機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。傳統(tǒng)的時(shí)頻同步聯(lián)合估計(jì)方法傳統(tǒng)的聯(lián)合定時(shí)和頻偏的同步算法是T. M^chmidl的所設(shè)計(jì)的時(shí)頻同步算法以 及對^^!^(11的改進(jìn)算法，在該方法中使用位于數(shù)據(jù)幀頭的兩個(gè)訓(xùn)練序列分兩步得到時(shí) 間和頻率同步，其時(shí)間同步是通過搜索第一個(gè)序列內(nèi)前后完全相同的兩部分的相關(guān)性而得 到，但該算法的缺點(diǎn)是在正確的定時(shí)點(diǎn)附近存在一個(gè)定時(shí)測度平臺，導(dǎo)致較大的定時(shí)方差。 同時(shí)，采用該算法的另一缺點(diǎn)是頻偏估計(jì)范圍較小(往往只能估計(jì)小數(shù)倍頻偏)。OFDM系統(tǒng)中的頻率偏移可以分為子載波間隔小數(shù)倍的頻偏(小數(shù)倍頻偏ffra。)以 及子載波間隔整數(shù)倍的頻偏(整數(shù)倍頻偏fint)，子載波間隔小數(shù)倍的頻偏會破壞子載波間 的正交性，引起子載波間干擾；子載波間隔整數(shù)倍的頻偏則導(dǎo)致解調(diào)后的數(shù)據(jù)在子載波上 的整體偏移；因此OFDM的頻率同步包括子載波間隔小數(shù)倍及整數(shù)倍頻偏的估計(jì)和補(bǔ)償。關(guān) 于OFDM系統(tǒng)的頻率同步方法已經(jīng)有許多文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，這些方法可以分為盲估計(jì)算法 以及數(shù)據(jù)輔助估計(jì)算法兩大類。數(shù)據(jù)輔助估計(jì)算法因其捕獲速度快，估計(jì)精度高的特點(diǎn)更 適用于突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸。Moose提出了載波頻率偏移的最大似然估計(jì)算法[1]，采用兩個(gè)連 續(xù)的相同訓(xùn)練序列，頻偏的估計(jì)范圍為士0. 5個(gè)子載波間隔，通過縮短訓(xùn)練序列可以增加 頻偏的估計(jì)范圍，但同時(shí)會帶來估計(jì)精度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種適合于寬帶分組突發(fā)數(shù)據(jù)OFDM系統(tǒng)的幀同步、 頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法，以解決傳統(tǒng)的時(shí)頻聯(lián)合估計(jì)方法中定時(shí)測度 平臺要求嚴(yán)格而導(dǎo)致的系統(tǒng)測度函數(shù)硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜的矛盾，解決整數(shù)倍頻偏估計(jì)和符號細(xì)同步不準(zhǔn)確且相互影響的矛盾，并解決時(shí)頻同步分別估算小數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏所帶來 的硬件運(yùn)算開銷較大的矛盾，并解決時(shí)頻同步算法的運(yùn)算復(fù)雜度導(dǎo)致延時(shí)增加的矛盾。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域 聯(lián)合估計(jì)方法，該方法包括步驟1 設(shè)置用于幀同步和頻率同步檢測的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān) 運(yùn)算器的相關(guān)器長度；步驟2 對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長 度的自相關(guān)運(yùn)算，得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值；步驟3 實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值確定幀同步位 置；步驟4 根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和 小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值；步驟5 將整數(shù)倍頻偏估算粗值和小數(shù)倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器估算 出最終頻偏檢測值；步驟6 根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻偏校正；步驟7 對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過尋找互相關(guān) 峰值確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置。上述方案中，步驟1中所述設(shè)置用于幀同步和頻率同步檢測的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算 器和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器的相關(guān)器長度，具體包括根據(jù)OFDM訓(xùn)練序列長度和系統(tǒng)接收信 號頻偏值的可能范圍，設(shè)定用于第一時(shí)間粗同步位置和整數(shù)倍頻偏粗值估算的小點(diǎn)數(shù)自相 關(guān)運(yùn)算器的長度為Dsh。rt，設(shè)定用于第二時(shí)間粗同步位置和小數(shù)倍頻偏粗值估算的大點(diǎn)數(shù)自 相關(guān)器的長度為D1(mg。上述方案中，在進(jìn)行時(shí)間粗同步和頻率精同步之前，需要進(jìn)行自動增益控制的處 理，可用于進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算長度的OFDM短訓(xùn)練序列長度決定了 Dstot和Dlmg的最大長度不 能超過短訓(xùn)練序列長度的3/4。上述方案中，根據(jù)/Δ= — θ \rr arctan(max(z))
InDTs
r r 32 32η/Δ=[--，一]
Δ D D采用長度不同的兩個(gè)自相關(guān)器，同時(shí)利用較小點(diǎn)數(shù)的自相關(guān)運(yùn)算器Dstot*較大點(diǎn) 數(shù)的自相關(guān)運(yùn)算器Dlmg的兩個(gè)自相關(guān)器實(shí)現(xiàn)寬范圍、高精度的頻偏估計(jì)；Dstot選擇為16，即是可以估算2倍整數(shù)倍頻偏大小的頻偏估值；Dlmg選擇為64，即 是可以估算0. 5倍頻偏大小的頻偏估值；通過并行使用兩個(gè)自相關(guān)器，可以進(jìn)行寬范圍頻 偏估算范圍大于兩倍頻偏、高精度(估計(jì)精度誤差< 10_3，信噪比>5)的頻偏取值估計(jì)。上述方案中，步驟2中所述對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相 關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算，具體包括根據(jù)
rn = snej2nfhnTs
L-I ^ *Z = 2^ V n+D
n=0其中&為發(fā)送端的基帶信號采樣值，f Δ = ftx-frx為發(fā)送端和接收端的載波頻率 之差，Ts為信號的采樣時(shí)間間隔；設(shè)計(jì)兩個(gè)長度分別為Dstot和Dlmg的自相關(guān)器，對接收端 的基帶接收信號rn進(jìn)行實(shí)時(shí)長度為Dstot和長度為Dltmg的自相關(guān)運(yùn)算。上述方案中，步驟3中所述實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰 值確定幀同步位置，具體包括根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，確定幀同步位置I，根據(jù)大點(diǎn)數(shù)自 相關(guān)峰值，確定幀同步位置II ；根據(jù)幀同步位置I和幀同步位置II出現(xiàn)的關(guān)系，確定OFDM 幀同步位置。上述方案中，將小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)簡化模值與小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值門限Thrdstot作比較， 當(dāng)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)模值大于小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值，得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，并記錄得到小點(diǎn)數(shù) 自相關(guān)位置frame_SynC_p0Ssh t，同時(shí)設(shè)置小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值檢測成功標(biāo)志frame_Sync_max (acorshort) = Zshort，{| Zshort | > ThrdshorJframe—sync—posshort = index_coarselbb, {max (zshort)}frame—sync—okshort = 1。上述方案中，將大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)簡化模值與大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值門限Thrdlm^t比較， 當(dāng)大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)模值大于大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值，得到大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，并記錄得到大點(diǎn)數(shù) 自相關(guān)位置frame_Sync_p0Sl。ng，同時(shí)設(shè)置大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值檢測成功標(biāo)志frame_Sync_
°klong ；max (acorlong) = Zlong, {| ZlongI > ThrdlonJframe_sync_poslong = index_coarse2bb, {max (Zlong)}frame_sync_oklong = 1。上述方案中，在同時(shí)滿足frame—sync—ok^g = 1 和 frame_sync_oksh t = 1 的 abs(frame_sync_posshort-frame_sync_poslong) < 10 條件下，確定時(shí)間粗同步位置，同時(shí)設(shè) 置粗同步成功標(biāo)志frame_sync_ok = 1。上述方案中，步驟4中所述根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù) 倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值，包括確認(rèn)粗同步成功后，分別根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍 頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值。
上述方案中，所述根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏粗值的具體步驟包括確認(rèn)粗同步成功后，即frame_SynC_0k = 1的條件基礎(chǔ)上，根據(jù)fint = - . ,,1 ^r arctan(max(z金,))
^DshortTs求得整數(shù)倍頻偏粗值fint的估計(jì)。上述方案中，所述根據(jù)大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算小數(shù)倍頻偏粗值的具體步驟包括
確認(rèn)粗同步成功后，即CoarSe_SynC_0k = 1的條件基礎(chǔ)上，根據(jù)ffrac = - 1 arctan(max(z/0 g))
^ long s求得小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值ffta。。上述方案中，步驟5中所述將整數(shù)倍頻偏估算粗值和小數(shù)倍頻偏估算粗值通過頻 偏取值判決器估算出最終頻偏檢測值，是根據(jù)整數(shù)頻偏估計(jì)粗值和根據(jù)小數(shù)頻偏估計(jì)粗 值，按取值判決原則確定最終的準(zhǔn)確頻偏估計(jì)值fall—-。上述方案中，所述確定最終的準(zhǔn)確頻偏估計(jì)值fall f。e，具體包括1)、根據(jù)下述判決原則進(jìn)行第一步的頻偏值估計(jì)
]7加>0，/； , e卜 而]^O5^i E2)、在步驟1)不滿足的條件下，根據(jù)下述判決原則進(jìn)行頻偏值估計(jì)“=/-+M/-<。，純‘3)、在步驟1)、步驟2)均不滿足的條件下，根據(jù)下述判決原則進(jìn)行頻偏值估計(jì)
,sr \ffrac> ^Jint
Ε·] “=/-_人仏<0,“[- A]4)、在步驟1)、2)、3)均不滿足的條件下，根據(jù)下述判決原則進(jìn)行頻偏值估計(jì)
r r Λ r f/—>o，y^eK,+)f,, f = f, + 2x f A
Jall-foe Jfrac ' Ifjrac <0,finte[a3,+)5)、在步驟1)、2)、3)、4)均不滿足的條件下，根據(jù)下述判決原則進(jìn)行頻偏值估計(jì)
廣‘fJrac > ^Jint ^ia 4^+) = +上述方案中，步驟6中所述根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行 頻偏校正，具體包括rcomp(n) = rori (n)*exp H · 2 · π · fall foe · n/fc)將所有基帶接收數(shù)據(jù)序列通過上式進(jìn)行補(bǔ)償處理，得到經(jīng)過補(bǔ)償后的基帶數(shù)據(jù)序 列 rMmp (η)。上述方案中，步驟7中所述對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相 關(guān)，通過尋找互相關(guān)峰值確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置，具體包括將基帶數(shù)據(jù)序列通過長度為L的互相關(guān)器，獲得互相關(guān)模值序列
I-.2rn(n)^ Σ Ck)‘
A = O將互相關(guān)模值序列與閾值門限Thrdsyne fine作比較，得到互相關(guān)峰值，并記錄得到 互相關(guān)峰值位置fine_sync_pos ；
9
fine_sync_pos = index_syncbb, {| m (η) > Thrdsyric—fineJ。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種可用于OFDM傳輸系統(tǒng)的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步 聯(lián)合估計(jì)方法，能夠同時(shí)得到時(shí)間粗同步和頻率精同步的估計(jì)結(jié)果，降低了分別進(jìn)行時(shí)間 粗同步和頻率精同步的硬件復(fù)雜度，降低了其運(yùn)算開銷。2、本發(fā)明提供的這種可用于OFDM傳輸系統(tǒng)的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步 聯(lián)合估計(jì)方法，由于允許后續(xù)時(shí)間精同步進(jìn)行更精確的同步，對時(shí)間粗同步無需特別高的 同步精度，降低了時(shí)間同步對測度函數(shù)的嚴(yán)格要求。相應(yīng)降低了同步系統(tǒng)的硬件開銷。3、本發(fā)明提供的這種可用于OFDM傳輸系統(tǒng)的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步 聯(lián)合估計(jì)方法，在進(jìn)行整數(shù)倍頻偏的估計(jì)時(shí)不需要精確的符號細(xì)同步結(jié)果，解決了傳統(tǒng)的 同步算法中整數(shù)倍頻偏估計(jì)和符號細(xì)同步不準(zhǔn)確而相互影響的矛盾。在不需要進(jìn)行符號細(xì) 同步的情況下本方法仍然能夠準(zhǔn)確的估計(jì)出整數(shù)倍頻偏和小數(shù)倍頻偏，從而能夠同時(shí)估計(jì) 出小數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏值，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏的聯(lián)合補(bǔ)償，。4、本發(fā)明提供的這種可用于OFDM傳輸系統(tǒng)的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步 聯(lián)合估計(jì)方法，可以在時(shí)域上通過對訓(xùn)練序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算同時(shí)估算出小數(shù)倍頻偏和整數(shù) 倍頻偏取值，并實(shí)現(xiàn)小數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏的同時(shí)補(bǔ)償，從而避免在時(shí)域上進(jìn)行小數(shù)倍 頻偏估計(jì)，在頻域上進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計(jì)，減小了因運(yùn)算頻偏估計(jì)和分別進(jìn)行頻偏補(bǔ)償而 帶來的系統(tǒng)延時(shí)長度的增加。5、相對于傳統(tǒng)的時(shí)頻同步算法，本發(fā)明所提出的方法通過幀同步、頻率同步、符號 細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法，很好的實(shí)現(xiàn)了硬件資源開銷與時(shí)頻同步性能的結(jié)合，利用數(shù) 據(jù)序列自相關(guān)進(jìn)行OFDM幀信號檢測，僅需要識別出OFDM同步信號到來的特性，不需對定時(shí) 測度平臺有嚴(yán)格的要求，簡化了系統(tǒng)測度函數(shù)的硬件開銷；采用長度不同的兩個(gè)相關(guān)器用 于定時(shí)自相關(guān)峰的檢測，增加了抵抗噪聲的能力。6、相對于傳統(tǒng)的整數(shù)倍頻偏估計(jì)方法，本發(fā)明提出的方法在時(shí)域上利用兩個(gè)長度 不同的自相關(guān)器對短序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算檢測峰值，并根據(jù)兩個(gè)自相關(guān)器各自估算出的頻偏 值，通過設(shè)計(jì)的頻偏取值范圍判決器，同時(shí)聯(lián)合估計(jì)出小數(shù)倍頻偏和小于3倍整數(shù)頻偏的 整數(shù)倍頻偏；在完成幀同步檢測、頻偏估計(jì)、及頻偏補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，通過將基帶數(shù)據(jù)序列與 本地訓(xùn)練序列進(jìn)行互相關(guān)，從而得到尖銳的符號定時(shí)相關(guān)測度平臺，取得準(zhǔn)確的符號定時(shí) 值。7、本發(fā)明的方法在相對較低的硬件開銷條件下，具備抗多徑干擾和抗噪聲干擾能 力強(qiáng)，定時(shí)測度運(yùn)算簡單，頻率偏移估計(jì)范圍大，頻率估計(jì)精度高，運(yùn)算復(fù)雜度低，運(yùn)算延遲 時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法流 程圖；圖2是本發(fā)明提供的實(shí)施例中802. Ila前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)訓(xùn)練序列與本發(fā)明中幀同 步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)序聯(lián)合估計(jì)方法對應(yīng)關(guān)系；
圖3是本發(fā)明提供的實(shí)施例中OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估 計(jì)方法基本架構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明提供的實(shí)施例中OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估 計(jì)方法的頻偏均方誤差的信噪比掃描測試(頻偏值800k)；圖5是本發(fā)明的提供的實(shí)施例中OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合 估計(jì)方法的頻偏均方誤差的頻偏掃描測試；圖6是本發(fā)明的提供的實(shí)施例中OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合 估計(jì)方法的OFDM系統(tǒng)誤包率；圖7是本發(fā)明的提供的實(shí)施例中OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合 估計(jì)方法的OFDM系統(tǒng)誤碼率。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供了一種OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，包括對接 收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算，得到 小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值；實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相 關(guān)峰值確定聯(lián)合確定幀同步位置，并根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù) 倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值；將整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值通 過頻偏取值判決器估算出最終頻偏檢測值；根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序 列進(jìn)行頻偏校正；對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過互相關(guān)峰值 確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的這種OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估 計(jì)方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 設(shè)置用于幀同步和頻率同步檢測的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān) 運(yùn)算器的相關(guān)器長度；步驟2 對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長 度的自相關(guān)運(yùn)算，得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值；步驟3 實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值確定幀同步位 置；步驟4 根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和 小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值；步驟5 將整數(shù)倍頻偏估算粗值和小數(shù)倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器估算 出最終頻偏檢測值；步驟6 根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻偏校正；步驟7 對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過尋找互相關(guān) 峰值確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置。下面以經(jīng)典的OFDM傳輸系統(tǒng)IEEE 802. Ila無線局域網(wǎng)系統(tǒng)為例對具體的算法實(shí) 現(xiàn)進(jìn)行說明。802. Ila系統(tǒng)包含64個(gè)子載波，子載波間隔為312. 5KHz。802. Ila前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括10個(gè)重復(fù)的短訓(xùn)練序列及兩個(gè)重復(fù)的長訓(xùn)練序列。每個(gè)短訓(xùn)練序列 的長度為16個(gè)樣值點(diǎn)，持續(xù)時(shí)間為0.8微秒。每個(gè)長訓(xùn)練序列的長度為64個(gè)樣值點(diǎn)，持續(xù) 時(shí)間為3. 2微秒。第一個(gè)長訓(xùn)練序列之前有長度為32個(gè)樣值點(diǎn)的保護(hù)間隔，持續(xù)時(shí)間為 1. 6微秒。因此802. Ila的前導(dǎo)序列共有320個(gè)樣值點(diǎn)，總持續(xù)時(shí)間為16微秒。本發(fā)明提出的算法利用802. Ila前導(dǎo)序列中的160個(gè)短訓(xùn)練序列來實(shí)現(xiàn)幀同步和 包括小數(shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏的頻偏聯(lián)合估計(jì)，利用長訓(xùn)練序列的前64個(gè)進(jìn)行符號細(xì)同 步。算法的具體實(shí)現(xiàn)如圖3所示，具體步驟如下步驟1、設(shè)置短自相關(guān)器的相關(guān)長度Dstot = 16，設(shè)置長自相關(guān)器的相關(guān)長度Dlmg =64。步驟2、將接收到的基帶訓(xùn)練序列經(jīng)Dstot = 16和Dlmg = 64的自相關(guān)器進(jìn)行實(shí)時(shí) 相關(guān)運(yùn)算；
權(quán)利要求
1.一種OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步的時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，該方法 包括步驟1 設(shè)置用于幀同步和頻率同步檢測的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算 器的相關(guān)器長度；步驟2 對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長度的 自相關(guān)運(yùn)算，得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值；步驟3 實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值確定幀同步位置；步驟4:根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù) 倍頻偏估計(jì)粗值；步驟5 將整數(shù)倍頻偏估算粗值和小數(shù)倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器估算出最 終頻偏檢測值；步驟6 根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻偏校正；步驟7 對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過尋找互相關(guān)峰值 確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在 于，步驟1中所述設(shè)置用于幀同步和頻率同步檢測的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān) 運(yùn)算器的相關(guān)器長度，具體包括根據(jù)OFDM訓(xùn)練序列長度和系統(tǒng)接收信號頻偏值的可能范圍，設(shè)定用于第一時(shí)間粗同 步位置和整數(shù)倍頻偏粗值估算的小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)運(yùn)算器的長度為Dsh。rt，設(shè)定用于第二時(shí)間粗 同步位置和小數(shù)倍頻偏粗值估算的大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)器的長度為Dlmg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在 于，在進(jìn)行時(shí)間粗同步和頻率精同步之前，需要進(jìn)行自動增益控制的處理，可用于進(jìn)行自相 關(guān)運(yùn)算長度的OFDM短訓(xùn)練序列長度決定了 Dstot和Dlmg的最大長度不能超過短訓(xùn)練序列長 度的3/4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的幀同步和頻率精同步時(shí)域聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在 于，步驟2中所述對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長 度的自相關(guān)運(yùn)算，具體包括根據(jù)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，步驟3中所述實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值確定幀同步位 置，具體包括根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，確定幀同步位置I，根據(jù)大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，確定幀同步位置 II ；根據(jù)幀同步位置I和幀同步位置II出現(xiàn)的關(guān)系，確定OFDM幀同步位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，將小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)簡化模值與小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值門限Thrdstot作比較，當(dāng)小點(diǎn)數(shù)自相 關(guān)模值大于小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值，得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，并記錄得到小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)位置 frame_sync_poSshort,同時(shí)設(shè)置小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值檢測成功標(biāo)志frame_SynC_0kstot ； max (acorshort) = Zshort, {| Zshort > ThrdshorJ frame_sync_posshort = index—coarse lbb，{max (zshort)} frame_sync_okshort = 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，將大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)簡化模值與大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值門限Thrdlmg作比較，當(dāng)大點(diǎn)數(shù)自相 關(guān)模值大于大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)閾值，得到大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值，并記錄得到大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)位置 frame_sync_poslong,同時(shí)設(shè)置大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值檢測成功標(biāo)志framejyiK^ok-g ； max (acorlong) = Zlong, {| Zlong > ThrdlonJ frame_sync_poslong = index_coarse2bb, {max (Zlong)} frame_sync_oklong = 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，在同時(shí) 薛足 frame_sync_oklong = 1 禾口 frame_sync_oksh。rt = 1 的 abs (frame—sync— posshort-frame_sync_poslong) < 10條件下，確定時(shí)間粗同步位置，同時(shí)設(shè)置粗同步成功標(biāo)志 frame_sync_ok = 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，步驟4中所述根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值 和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值，包括確認(rèn)粗同步成功后，分別根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏 估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，所述根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏粗值的具體步驟包括確認(rèn)粗同步成功后，即frame_Sync_0k = 1的條件基礎(chǔ)上，根據(jù)
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，所述根據(jù)大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算小數(shù)倍頻偏粗值的具體步驟包括確認(rèn)粗同步成功后，即CoarSe_SynC_0k = 1的條件基礎(chǔ)上，根據(jù)
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，步驟5中所述將整數(shù)倍頻偏估算粗值和小數(shù)倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器估 算出最終頻偏檢測值，是根據(jù)整數(shù)頻偏估計(jì)粗值和根據(jù)小數(shù)頻偏估計(jì)粗值，按取值判決原 則確定最終的準(zhǔn)確頻偏估計(jì)值fall—-。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，其特征 在于，所述確定最終的準(zhǔn)確頻偏估計(jì)值fall—^，具體包括1)、根據(jù)下述判決原則進(jìn)行第一步的頻偏值估計(jì)
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，步驟6中所述根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻偏校正，具體包括 rcomp (n) = rori (η) *exp (-j · 2 · π · fall foe · n/fc)將所有基帶接收數(shù)據(jù)序列通過上式進(jìn)行補(bǔ)償處理，得到經(jīng)過補(bǔ)償后的基帶數(shù)據(jù)序列^comp (n) 0
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，步驟7 中所述對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過尋找互相關(guān)峰值確定準(zhǔn) 確的符號細(xì)同步位置，具體包括將基帶數(shù)據(jù)序列通過長度為L的互相關(guān)器，獲得互相關(guān)模值序列I-I2 ·m{n)= Yj {sk -r*+k);k = 0將互相關(guān)模值序列與閾值門限Thrdsyn。fine作比較，得到互相關(guān)峰值，并記錄得到互相 關(guān)峰值位置fine_sync_pos ；fine_sync_pos = index_syncbb, {|m(n) | > Thrdsync—fineJ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種OFDM幀同步、頻率同步、符號細(xì)同步聯(lián)合估計(jì)方法，對接收端的基帶數(shù)據(jù)序列并行進(jìn)行小點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算和大點(diǎn)數(shù)長度的自相關(guān)運(yùn)算；實(shí)時(shí)并行的通過小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值確定聯(lián)合確定幀同步位置，并根據(jù)小點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值和大點(diǎn)數(shù)自相關(guān)峰值計(jì)算整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值；將整數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值和小數(shù)倍頻偏估計(jì)粗值通過頻偏取值判決器估算出最終頻偏檢測值；根據(jù)估算出的最終頻偏檢測值，對基帶數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻偏校正；對校正后的基帶數(shù)據(jù)序列與本地?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行互相關(guān)，通過互相關(guān)峰值確定準(zhǔn)確的符號細(xì)同步位置。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的時(shí)頻聯(lián)合估計(jì)方法中系統(tǒng)測度函數(shù)硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜的矛盾。
文檔編號H04L27/26GK102065048SQ20091023783
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者吳斌, 周玉梅, 姜鑫 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所