專利名稱：多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于多輸入多輸出正 交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于正交步貞分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ,簡稱OFDM )才支術(shù)具有專交高的頻i普利用率、抗頻率 選擇性衰落、和窄帶干擾等特點，所以廣泛應(yīng)用于眾多寬帶數(shù)據(jù)通 信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)WLAN IEEE802.11a/g中。另一方面，在 平坦衰落信道條件下，MIMO技術(shù)可以提供分集增益和復(fù)用增益， 能夠增加系統(tǒng)容量。由于OFDM技術(shù)可以將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn) 化為 一 系列平坦衰落子信道，因此OFDM和多輸入多輸出(Multiple I叩ut Multiple Output,簡稱MIMO) 二者的結(jié)合#1認(rèn)為是下一代寬 帶無線移動通信系統(tǒng)中最有希望的物理層技術(shù)。
^旦與單天線OFDM系統(tǒng)對同步要求4交為嚴(yán)才各 一 樣， MIMO-OFDM系統(tǒng)對于同步參凄史也比4交壽文感。目前，在文獻(xiàn)[van Zelst, A.; Schenk， T.C.W.. "Implementation of a MIMO OFDM-based wireless LAN system". IEEE Transactions on Signal Processing, Volume 52, Issue 2， Feb. 2004中，]對MIMO-OFDM系統(tǒng)的同步方法 進(jìn)4亍了研究，^f旦是進(jìn)4亍定時同步時采用的仍為文獻(xiàn)[T. M. Schmidl and D. C. Cox, "Robust Frequency and Timing Synchronization forOFDM，" IEEE Trans. Commun., pp. 1613-1621, Dec 1997]中的方法 (以下簡稱SC方法)，這種方法的一大缺點就是定時度量函數(shù)存在 一個"峰值平臺"，從而造成了定時位置的不準(zhǔn)確。因此，將時間同 步分為幀同步和符號同步兩部分考慮。由于用于傳統(tǒng)單發(fā)單收 OFDM系統(tǒng)的偽隨才幾序列(例如，Gold序列、m序列)具有4交強(qiáng)的 自相關(guān)特性和較弱的互相關(guān)特性，所以在同步算法中常用于訓(xùn)練序 列，^旦由于以下原因，這些序列并不適用于MIMO-OFDM系統(tǒng) 一、這些序列不能直4妄^皮調(diào)制；二、由于這些序列的FFT變化不具 有常幅度特性，因此不是最優(yōu)的；三、這些序列再經(jīng)過FFT變化之 后，會失去彼此之間的正交性。此外，采用這些序列也不便于進(jìn)行 整凄t部分頻偏估計。
由上可見，需要^是供一種用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng) 的同步實現(xiàn)方法及裝置。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種用于多輸入多 輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法及裝置。
才艮據(jù)本發(fā)明的用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn) 方法包4舌以下步驟
S202,構(gòu)造本本地訓(xùn)練序列，本發(fā)明中可以4吏用周期為K的 Chu序歹'J,形式為cf)-exp";zT"2/乂) ， 0^"<乂， gcd(/%_/Vc) = l,其自
系數(shù)，r為相關(guān)系婆t^號，c為Chu序列的項數(shù)，n為Chu序列的下 角標(biāo)序列號、r為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求模算子，這 里取"=乂一1。
相關(guān)特性滿足<formula>formula see original document page 6</formula>
,其中，i 為相關(guān)S204,利用本地訓(xùn)練序列與接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中， y 個接收天線上的定時同步函數(shù)為
<formula>formula see original document page 7</formula>
,其中，Pj(d)表示第y個<formula>formula see original document page 7</formula>
接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，G(d + m)表示第j個接收天線 在第"+ w個抽樣時刻的信號值，^")為第/個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列。
S206,確定最佳定時位置；最佳定時位置為=argmax|P7 (力| ，
其中，。(cZ + w)表示第7個接收天線在第d + m個抽樣時刻的信號值， c,(力表示第,個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列。
根據(jù)本發(fā)明的用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn) 裝置包括訓(xùn)練序列構(gòu)造才莫塊，用于構(gòu)造本地訓(xùn)練序列 cir)=exp(_/;rm2/iVc),其中，0^"<乂， gcd(r，乂)-l;相關(guān)才企測才莫塊，用
于利用本地訓(xùn)練序列與接收端接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中， 用于進(jìn)4亍相關(guān)才企測的定時同步函凄t為
X-1
，其中，Pj(d)表示第；個<formula>formula see original document page 7</formula>
接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，。(d + m)表示第j個接收天線 在第d + w個抽樣時刻的信號值，c,(c/)為第；個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu
序列；同步模塊，用于根據(jù)檢測結(jié)果確定最佳定時位置以進(jìn)行同步，
其中，最佳定時位置通過以下公式計算L,<formula>formula see original document page 7</formula>其中，序列構(gòu)造模塊構(gòu)造的本地訓(xùn)練序列的自相關(guān)特性滿足
<formula>formula see original document page 7</formula>其中，/ 為相關(guān)系凄t， r為相關(guān)系 、,^ 1。， "0(mod乂)數(shù)序號，c為Chu序列的項lt， n為Chu序列的下角沖示序列號、r 為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求才莫算子。
其中，在所有發(fā)射天線引入的定時偏差均相同且發(fā)送端的發(fā)射 天線和接收端的接收天線H目確定的情況下，
<formula>formula see original document page 8</formula>
根據(jù)本發(fā)明的同步實現(xiàn)裝置還包括頻偏估計模塊，用于利用 本地訓(xùn)練序列進(jìn)行頻偏估計；信道估計沖莫塊，用于利用本地訓(xùn)練序 列進(jìn)行信道估計。
綜上所述，該方法和裝置具有定時同步函數(shù)尖銳、定時準(zhǔn)確的 特點，并且可以一步完成幀同步和符號同步，同時還可以直4矣利用 該序列進(jìn)行小數(shù)部分頻偏估計，并且由于采用的訓(xùn)練序列的快速傅 立葉變換具有常幅度特性，所以還可利用此訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計， A/v而可以節(jié)省系統(tǒng)資源。
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并 不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖l是本發(fā)明實施例中用到的前導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系 統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法的流程圖；圖3是圖2所示方法的仿真效果圖；以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系 統(tǒng)的同步實現(xiàn)裝置的框圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的
具體實施方式
。
參考圖1，說明本發(fā)明實施例中用到的前導(dǎo)結(jié)構(gòu)。為了^f更于性 能比4交，采用圖1中的2發(fā)2收OFDM系統(tǒng)前導(dǎo)結(jié)構(gòu)。其中的前導(dǎo) 符號由周期為乂的CAZAC序列重復(fù)組成，并且2乂-iV成立。不同 發(fā)送天線上采用移位正交的Chu序列進(jìn)行標(biāo)示，以^更進(jìn)行信道估計。 ，i設(shè)第1個發(fā)送天線上的前導(dǎo)訓(xùn)練序列為c(")，則第,個發(fā)送天線上
的前導(dǎo)訓(xùn)練為<formula>formula see original document page 9</formula>
周期為K的Chu序列形式為:<formula>formula see original document page 9</formula>gcd(^H，其自相關(guān)特性滿足<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，7 為相關(guān)系數(shù)，r為相關(guān)系凄^f號，c為Chu序列的項數(shù)，n 為Chu序列的下角標(biāo)序列號、r為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod 為求模算子，這里取"乂-l。
參考圖2，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出正交頻 分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法。如圖2所示，該同步實現(xiàn)方法包括以 下步驟S202，接收端構(gòu)造本地訓(xùn)練序列c"-exp(^m72/A^，其中，
0^"<A^， gcd^,Ag = l; S204,利用本地訓(xùn)練序列與接收端接收到的 信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中，用于進(jìn)行相關(guān)檢測的定時同步函數(shù)為<formula>formula see original document page 9</formula>
，其中，Pj(d)表示第/個接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，。("+w)表示第j個接收天線
在第cZ + m個抽樣時刻的信號值，c,(力為第,'個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu
序列；以及S206,根據(jù)檢測結(jié)果確定最佳定時位置以進(jìn)行同步，其 中，最佳定時位置通過以下公式計算^^argmax^(力l。其中，。(c/十m)
表示第7個接收天線在第^ + m個抽樣時刻的信號值，c,(c/)表示第/個 發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列。其中，由于利用了訓(xùn)練序列尖銳的相 關(guān)特性，所以利用步驟S206中的7>式得到的定時同步目標(biāo)函凄史峰值 尖銳。其中，通過本地訓(xùn)練序列進(jìn)行頻偏估計和信道估計。
其中，本地訓(xùn)練序列的自相關(guān)特性滿足
&(0 =》>)^=<[乂， r = 0(modA^)其中，^為相關(guān)系數(shù)，r為相關(guān)系 、'S )0, "O(mod乂)
凄t序號，c為Chu序列的項凄史，n為Chu序列的下角標(biāo)序列號、r 為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求模算子。
其中，在所有發(fā)射天線引入的定時偏差均相同且發(fā)送端的發(fā)射 天線和4妾收端的4妄收天線數(shù)目確定的情況下，以下等式成立
、=啤匿
<formula>formula see original document page 10</formula>
圖3示出了2發(fā)24欠MIMO-OFDM系鄉(xiāng)充利用？文進(jìn)的定時同步 算法和傳統(tǒng)定時算法在不同SNR條件多徑衰落信道下的正確才企測 概率曲線。對于兩發(fā)兩收系統(tǒng)，改進(jìn)算法定時捕獲概率要大于傳統(tǒng) 算法，特別是在低SNR條件下，性能更加優(yōu)越。傳統(tǒng)算法由于在粗 定時同步時沒有利用訓(xùn)練序列的相關(guān)特性而造成幀定時位置不準(zhǔn)從 而影響到細(xì)定時同步的檢測概率，特別是在低SNR條件下。此外，如果收發(fā)天線個數(shù)已知，那么定時同步時還可以利用收發(fā)分集的作 用，收發(fā)分集的引入能夠使定時正確檢測概率提高。
參考圖4，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多輸入多輸出正交頻 分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)裝置。如圖4所示，該同步實現(xiàn)裝置包括 訓(xùn)練序列構(gòu)造才莫塊402,用于構(gòu)造本地訓(xùn)練序列W = exp(y'訂"2/乂)，
其中，<formula>formula see original document page 11</formula>;相關(guān)才企測才莫塊404,用于利用本地訓(xùn)
練序列與接收端接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中，用于進(jìn)行相關(guān)
檢測的定時同步函數(shù)為C.(<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，Pj(d)表示第y個接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，。(c/ + w)
表示第j個接收天線在第d + w個抽樣時刻的信號值，c,(力為第,'個發(fā) 送天線上對應(yīng)的Chu序列；同步模塊406，用于根據(jù)檢測結(jié)果確定 最佳定時位置以進(jìn)行同步，其中，最佳定時位置通過以下公式計算 r紐=argmaxl《。
其中，序列構(gòu)造模塊構(gòu)造的本地訓(xùn)練序列的自相關(guān)特性滿足:
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，^為相關(guān)系數(shù)，7為相關(guān)系
數(shù)序號，c為Chu序列的項數(shù)，n為Chu序列的下角標(biāo)序列號、r 為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求模算子。
其中，
天線和《1妄收端的接收天線#:目確定的情況下，以下等式成立
<formula>formula see original document page 11</formula>根據(jù)本發(fā)明的同步實現(xiàn)裝置還包括頻偏估計模塊，用于利用 本地訓(xùn)練序列進(jìn)行頻偏估計；信道估計模塊，用于利用本地訓(xùn)練序 列進(jìn)行信道估計。
綜上所述，傳統(tǒng)的MIMO-OFDM定時同步算法是先在時域利 用訓(xùn)練序列的重復(fù)特性，進(jìn)行自相關(guān)運算獲取幀同步信息，然后再 由幀同步函數(shù)的相位獲取頻偏估計值，之后再利用訓(xùn)練序列的互相 關(guān)特性進(jìn)行精同步。也就是說傳統(tǒng)算法由于SC方法的定時不準(zhǔn)確， 傳統(tǒng)的定時同步要分兩步進(jìn)^f亍。本發(fā)明的定時同步方法則是直接利 用本地訓(xùn)練序列與接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其目標(biāo)函數(shù)尖銳， 定時準(zhǔn)確度高，同步算法只需一步完成。所以，通過本發(fā)明可以節(jié) 省系統(tǒng)資源。
以上所述^f又為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟S202，接收端構(gòu)造本地訓(xùn)練序列<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>c</mi> <mi>n</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>jπrn</mi><mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <msub><mi>N</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2007100979300002C1.tif" wi="39" he="6" top= "52" left = "123" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，0≤n＜Nc，gcd(r，Nc)＝1；S204，利用所述本地訓(xùn)練序列與所述接收端接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中，用于進(jìn)行相關(guān)檢測的定時同步函數(shù)為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mrow> <msub><mi>P</mi><mi>j</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>[</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn></mrow><mrow> <msub><mi>N</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </munderover> <msubsup><mi>r</mi><mi>j</mi><mo>*</mo> </msubsup> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>+</mo><mi>m</mi><mo>)</mo> </mrow> <msub><mi>c</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo> <mo>·</mo> <msup><mrow> <mo>[</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn></mrow><mrow> <msub><mi>N</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </munderover> <msubsup><mi>r</mi><mi>j</mi><mo>*</mo> </msubsup> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>+</mo><mi>m</mi><mo>+</mo><msub> <mi>N</mi> <mi>c</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <msub><mi>c</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo></mrow><mo>*</mo> </msup></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2007100979300002C2.tif" wi="101" he="12" top= "90" left = "36" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，Pj(d)表示第j個接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，rj(d+m)表示第j個接收天線在第d+m個抽樣時刻的信號值，ci(d)為第i個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列；以及S206，根據(jù)檢測結(jié)果確定最佳定時位置以進(jìn)行同步，其中，最佳定時位置通過以下公式獲得<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>τ</mi> <mi>est</mi></msub><mo>=</mo><munder> <mrow><mi>arg</mi><mi>max</mi> </mrow> <mi>d</mi></munder><mo>|</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>.</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2007100979300002C3.tif" wi="37" he="7" top= "143" left = "112" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步實現(xiàn)方法，其特征在于，所述本地 訓(xùn)練序列的自相關(guān)特性滿足 &(0 = ￡《)^=<[乂， r = 0(modA^)其中，及為相關(guān)系凄史，7為相關(guān)系數(shù)序號，c為Chu序列的項數(shù)，n為Chu序列的下角標(biāo) 序列號、、r為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求模算子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步實現(xiàn)方法，其特征在于，在所有發(fā) 射天線引入的定時偏差均相同且發(fā)送端的發(fā)射天線和接收端 的接收天線數(shù)目確定的情況下 ，<formula>formula see original document page 3</formula>，其中，、,表示最佳定時位置，argmax表示最大相角，上角標(biāo)*表示共 扼轉(zhuǎn)置算子。
4. 根據(jù)4又利要求1至3中任一項所述的同步實現(xiàn)方法，其特征在 于，通過所述本;也訓(xùn)練序列進(jìn)4于頻偏估計。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的同步實現(xiàn)方法，其特征在 于，通過所述本地訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計。
6. —種用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)裝置，其 特征在于包括訓(xùn)練序列構(gòu)造才莫塊，用于構(gòu)造本地訓(xùn)練序列 cf) 二exp(/;zT"7A^)， 其中，0^"<iVc, gcd(r,乂) = 1;相關(guān)4企測才莫塊，用于利用所述本地訓(xùn)練序列與所述接收端 接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中，用于進(jìn)行相關(guān)檢測的定時同步函凄^為^(勻=<formula>formula see original document page 3</formula>，其中，Pj(d)表示第/個接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，。p+w) 表示第j個接收天線在第J +附個抽樣時刻的信號值，c,(力為第 ;個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列；以及同步模塊，用于根據(jù)檢測結(jié)果確定最佳定時位置以進(jìn)行同 步，其中，最佳定時位置通過以下公式獲得、,argmax^(力l。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步實現(xiàn)裝置，其特征在于，所述序列 構(gòu)造模塊構(gòu)造的本地訓(xùn)練序列的自相關(guān)特性滿足<formula>formula see original document page 4</formula>，其中，7 為相關(guān)系凄史，r為<formula>formula see original document page 4</formula>相關(guān)系數(shù)序號，c為Chu序列的項數(shù)，n為Chu序列的下角標(biāo) 序列號、r為Chu序列的上角標(biāo)序列號，mod為求模算子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步實現(xiàn)裝置，其特征在于，在所有發(fā) 射天線引入的定時偏差均相同且發(fā)送端的發(fā)射天線和接收端 的 4妄收天線 #t 目確定的情況下 ，<formula>formula see original document page 4</formula>
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的同步實現(xiàn)裝置，其特征在 于，還包括頻偏估計模塊，用于利用所述本地訓(xùn)練序列進(jìn)行 頻偏估計。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的同步實現(xiàn)裝置，其特征在 于，還包括信道估計才莫塊，用于利用所述本地訓(xùn)練序列進(jìn)行 信道估計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法及系統(tǒng)。其中，該同步實現(xiàn)方法包括以下步驟S202，接收端構(gòu)造本地訓(xùn)練序列如右式(1)，其中，0≤n＜N<sub>c</sub>，gcd(r，N<sub>c</sub>)＝1；S204，利用本地訓(xùn)練序列與接收端接收到的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，其中，用于進(jìn)行相關(guān)檢測的定時同步函數(shù)為如右式(2)，其中，P<sub>j</sub>(d)表示第j個接收天線在第d個抽樣時刻的相關(guān)值，r<sub>j</sub>(d+m)表示第j個接收天線在第d+m個抽樣時刻的信號值，c<sub>i</sub>(d)為第i個發(fā)送天線上對應(yīng)的Chu序列；以及S206，根據(jù)檢測結(jié)果確定最佳定時位置以進(jìn)行同步，其中，最佳定時位置通過以右公式計算如右式(3)。通過本發(fā)明，可以節(jié)省系統(tǒng)資源。
文檔編號H04L27/26GK101291311SQ200710097930
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者王衍文 申請人:中興通訊股份有限公司