專利名稱：多徑信道下的ofdm自適應(yīng)同步方法
多徑信道下的OFDM自適應(yīng)同步方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別是涉及正交頻分復用OFDM系統(tǒng)中進行快速并且 準確同步的方法，用于解決傳統(tǒng)自適應(yīng)同步方法追蹤慢，收斂不穩(wěn)定，在多徑信道下性能差 的問題。
背景技術(shù)：
OFDM憑借其自身的優(yōu)勢已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且將成為第三代移動通信 3G中的主流技術(shù)。但同時它對同步誤差的敏感性也是不能忽視的，對時間和頻率的同步誤 差將破壞子載波間的正交性，從而引入載波間干擾和符號間干擾，大大降低系統(tǒng)性能。
OFDM對同步誤差的敏感性使得許多文獻開始關(guān)注同步算法的研究，在OFDM同 步算法中，最經(jīng)典的是最大似然同步算法，參見文獻Jan-Jaap van de Beek, Magnus Sandel1, and Per Ola Borjesson. ML Estimation of Time and Frequency Offset in OFDM Systems. IEEE Transactions on Signal Processing,1997,45 (7) 1800-1805, 這種算法設(shè)計和實現(xiàn)都比較簡單，但是其計算復雜度較高，并且不適用于多徑信道。為 了解決復雜度高的問題，有人提出了基于離散隨機逼近的自適應(yīng)同步方法，參見文獻 Vikram Krishnamurthy, Chandranath R. N. Athaudage, and Dawei Huang. Adaptive OFDM synchronization algorithms based on discrete stochastic approximation, IEEE Transactions on Signal Processing，2005，53 (4) :1561_1574，此方法復雜度很低，并 且可以根據(jù)信道的變化自適應(yīng)地進行追蹤，但是其變步長方法和定步長方法各具特點，如 果單獨使用則無法滿足實際應(yīng)用的要求，另外，它使用最大似然函數(shù)，同樣不適用于多徑 信道。為了在多徑信道中進行同步，有作者提出了一個新的代價函數(shù)，并進行二維搜索， 參見文獻 Shaodan Ma, Xinyue Pan, Guang-Hua Yang, and Tung-Sang Ng, Blind Symbol Synchronization Based on Cyclic Prefix for OFDM Systems, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2009, 58 (4) : 1746-1751，這種方法可以將載波間干擾和符號間干 擾的影響排除在外，并同時估計出信道長度和時間延遲。雖然它的性能很好，但是復雜度卻 比最大似然方法高出很多。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種多徑信道下的OFDM自適 應(yīng)同步方法，以減小計算復雜度，提高同步參數(shù)估計結(jié)果的準確性與穩(wěn)定性。
實現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是設(shè)計適用于多徑信道的代價函數(shù)，并且將定步長方法 和變步長方法進行結(jié)合，在新的代價函數(shù)的基礎(chǔ)上進行自適應(yīng)搜索，并引入加速收斂的方 法，具體步驟包括如下
(1)對接收到的第一個OFDM符號，利用最大似然法選擇同步參數(shù)估計的初始點， 即第一次迭代的參考點，將訪問概率向量、移動點數(shù)和步長因子初始化；
(2)將參考點和該參考點的兩個相鄰點代入代價函數(shù)g(e)，得到{|g(0m-n) I,4g(0ffl) I, |g(9 m+n) I}三個值，并將三個值中最大值所對應(yīng)的點作為下一次迭代的參考點， 即朝著代價函數(shù)值最大的方向移動，其中θ m表示第m個符號的參考點，η表示移動點數(shù)，代 價函數(shù)g(9)表示如下
Ncp-IY^rii + eyii + e + N)] β\ = '=「"2]_I Ncp-II Ncp-IJ ΣΙ沖贈、Τ}Λι + θ + Ν)\2\i=\L!2\\i=[L/2]
其中θ表示采樣點的序號，隊1)表示循環(huán)前綴中的樣點數(shù)目，i是一個臨時變量， L表示信道長度，即信道脈沖響應(yīng)系數(shù)的個數(shù)，「1表示取整，向上取整或向下取整均可，r表 示接收到的信號序列，r*表示對r取共軛，N表示子載波的數(shù)目；
(3)判斷步驟(2)的移動方向與上一次迭代的移動方向是否相同，如果相同，則移 動點數(shù)加1，否則將移動點數(shù)初始化為1 ；
(4)判斷訪問概率向量α的峰值是否高于設(shè)定的門限值α gate = 0. 6，如果高于該 門限值，則迭代處于收斂階段，用變步長方法更新訪問概率向量和步長因子，否則，迭代處 于追蹤階段，用定步長方法更新訪問概率向量和步長因子；
(5)查找訪問概率向量最大值所對應(yīng)的點，得到時間估計，即& =^m，，奶，其中么表示第m個符號的時間估計結(jié)果，argmax表示取最大值所對應(yīng)的變量；
將時間估計結(jié)果代入代價函數(shù)g( θ )，對該函數(shù)值的角度用-2 π進行歸一化，得 到頻偏估計，即‘ =-(H2n)Zg0m)，完成本輪迭代，其中ε m表示第m個符號的頻偏估計結(jié) 果，Z表示求復數(shù)的角度；
(6)讀取下一個OFDM符號，返回步驟O)開始進行新一輪迭代。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)本發(fā)明針對多徑信道特點設(shè)計了新的代價函數(shù)g( θ )，該函數(shù)的峰值比較尖 銳，并且峰值位置在多徑信道下也比較穩(wěn)定，因此即使在多徑信道中也能夠得到正確的估 計結(jié)果，性能也更加穩(wěn)定。
2)本發(fā)明引入了加速收斂的方法，即移動方向保持不變時增大移動點數(shù)，這樣即 使信道時延變化很大，也能很快地進行追蹤。
3)本發(fā)明將訪問概率向量的峰值與設(shè)定的門限值對比，根據(jù)兩者的關(guān)系判斷追蹤 階段與收斂階段，并選取相應(yīng)的步長進行迭代，因而本發(fā)明比傳統(tǒng)方法更加智能，步長選取 更加合理。


圖1是本發(fā)明的流程圖2是本發(fā)明與傳統(tǒng)方法在時延變化為30時的追蹤曲線對比圖3是本發(fā)明與傳統(tǒng)方法在時延變化為50時的追蹤曲線對比圖4是本發(fā)明與傳統(tǒng)方法時延估計的均方誤差對比圖5是本發(fā)明與傳統(tǒng)方法頻偏估計的均方誤差對比圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作詳細的說明
參照圖1，本發(fā)明的具體實施步驟包括如下
步驟一對接收到的第一個OFDM符號，利用最大似然法選擇同步參數(shù)估計的初始 點，即第一次迭代的參考點，將訪問概率向量、移動點數(shù)和步長因子初始化。
(Ia)將
范圍內(nèi)的θ值代入以下傳統(tǒng)的代價函數(shù)G( θ )，選擇該代價 函數(shù)絕對值的最大值所對應(yīng)的樣點序號θ作為迭代的初始點，
G⑷)="Zlfrirya + Ncp),+ Ncp -1]
其中θ表示采樣點的序號，隊1)表示循環(huán)前綴中的樣點數(shù)目，i是一個臨時變量，r 表示接收到的信號序列，r*表示對r取共軛，N表示子載波的數(shù)目；
(Ib)根據(jù)以下公式對訪問概率向量、移動點數(shù)和步長因子初始化
α0(θ0) = 1, α0(θ , θ Φ θ 0) = 0, η = 1, flag = 1
其中α 0表示序號為0的OFDM符號的訪問概率向量，θ ^表示選取的初始點，η表 示移動點數(shù)，flag表示步長因子。
步驟二 構(gòu)建代價函數(shù)
對接收到的信號中序號為舊+「Ζ/2 0 + Λ^ -1]的一段數(shù)據(jù)和序號為 矽+「1/21 + #力+ -1 + #]的另一段數(shù)據(jù)求相關(guān)系數(shù)；然后用這兩段數(shù)據(jù)的相關(guān)能量對該相關(guān)系數(shù)做歸一化處理，得到θ點的代價函數(shù)值g( θ )表示如下
權(quán)利要求
1.一種多徑信道下的OFDM自適應(yīng)同步方法，包括如下步驟(1)對接收到的第一個OFDM符號，利用最大似然法選擇同步參數(shù)估計的初始點，即第 一次迭代的參考點，將訪問概率向量、移動點數(shù)和步長因子初始化；(2)將參考點和該參考點的兩個相鄰點代入代價函數(shù)g(e)，得到{|g(em-n)I， g(0ffl) I, |g(e m+n) I}三個值，并將三個值中最大值所對應(yīng)的點作為下一次迭代的參考點，即朝著代價函數(shù)值最大的方向移動，其中θ m表示第m個符號的參考點，η表示移動點數(shù)，代 價函數(shù)g(9)表示如下Ncp-IY^rii + eyii + e + N)] β\ = '=「"2]_I Ncp-II Ncp-IJ ΣΙ沖贈、Τ}Λι + θ + Ν)\2\i=\L!2\\i=[L/2]其中θ表示采樣點的序號，隊1)表示循環(huán)前綴中的樣點數(shù)目，i是一個臨時變量，L表示 信道長度，即信道脈沖響應(yīng)系數(shù)的個數(shù)，「1表示取整，向上取整或向下取整均可，r表示接 收到的信號序列，r*表示對r取共軛，N表示子載波的數(shù)目；(3)判斷步驟O)的移動方向與上一次迭代的移動方向是否相同，如果相同，則移動點 數(shù)加1，否則將移動點數(shù)初始化為1 ；(4)判斷訪問概率向量α的峰值是否高于設(shè)定的門限值αgate = 0. 6，如果高于該門限 值，則迭代處于收斂階段，用變步長方法更新訪問概率向量和步長因子，否則，迭代處于追 蹤階段，用定步長方法更新訪問概率向量和步長因子；(5)查找訪問概率向量最大值所對應(yīng)的點，得到時間估計，即&=:ngAm^ P)，其中么表示第m個符號的時間估計結(jié)果，argmax表示取最大值所對應(yīng)的變量；將時間估 計結(jié)果代入代價函數(shù)g( θ )，對該函數(shù)值的角度用-2 π進行歸一化，得到頻偏估計，即 ‘=-(1/2幻2對么)，完成本輪迭代，其中ε m表示第m個符號的頻偏估計結(jié)果，Z表示求復 數(shù)的角度；(6)讀取下一個OFDM符號，返回步驟( 開始進行新一輪迭代。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)同步方法，其中步驟(1)所述的利用最大似然法選擇 同步參數(shù)估計的初始點，是將
范圍內(nèi)的θ值代入以下傳統(tǒng)的代價函數(shù)G( θ )， 選擇該代價函數(shù)絕對值的最大值所對應(yīng)的樣點序號θ作為迭代的初始點，G汐)=Σ:::— + W θ ^N + Ncp -1] 式中各符號的含義與代價函數(shù)g( θ )中相應(yīng)符號的含義相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)同步方法，其中步驟(1)所述的將訪問概率向量、移動 點數(shù)和步長因子初始化是根據(jù)以下公式進行α ο ( θ 0) =1，α0( θ , θ Φ θ0) = Ο,η = 1, flag = 1其中α ^表示序號為0的OFDM符號的訪問概率向量，θ ^表示選取的初始點，n表示移 動點數(shù)，flag表示步長因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)同步方法，其中步驟(4)所述的用變步長方法更新訪 問概率向量和步長因子，是根據(jù)以下公式進行α m+i = α m+(l/flag) (Xm+1_ α m)，flag = flag+1其中，α m表示第m個OFDM符號的訪問概率向量，Xm+1是由N+N。p個元素組成的向量，它 的第個元素為1，其他元素為0，式中其他符號的含義與前述相應(yīng)符號的含義相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)同步方法，其中步驟中所述的用定步長方法更新 訪問概率向量和步長因子，是根據(jù)以下公式進行 am+i = am+y (Xm+「a J，flag = 1其中μ表示固定的步長值，式中其他符號的含義與前述相應(yīng)符號的含義相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多徑信道下的OFDM自適應(yīng)同步方法，主要解決傳統(tǒng)自適應(yīng)方法追蹤慢、收斂不穩(wěn)定且在多徑信道下收斂不準確的問題。其具體步驟為1)選擇迭代初始點，進行參數(shù)初始化；2)計算當前點和相鄰點的代價函數(shù)，朝著代價函數(shù)值最大的方向移動；3)判斷移動方向與上次是否相同，更新移動點數(shù)；4)判斷訪問概率向量的峰值是否高于門限值，若高于門限，則更新訪問概率向量和步長因子，否則更新訪問概率向量和步長因子；5)根據(jù)訪問概率向量估計時間延時和頻率偏差；6)獲取下一個OFDM符號開始進行新一輪迭代。本發(fā)明具有追蹤速度快和收斂穩(wěn)定性高，估計結(jié)果準確的優(yōu)點，可用于多徑信道下的快速同步參數(shù)估計。
文檔編號H04L27/26GK102035790SQ20111000055
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者何書朋, 李明, 闊永紅, 陳健 申請人:西安電子科技大學