專利名稱：：利用疊加訓(xùn)練序列進(jìn)行ofdm時(shí)間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及OFDM
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種利用疊加訓(xùn)練序列進(jìn)行時(shí)間同步方法。
背景技術(shù)：
：OFDM是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，它利用載波間的正交性進(jìn)一步提高頻譜利用率，而且可以抗窄帶干擾和多徑衰落。OFDM通過多個(gè)正交的子載波將串行的數(shù)據(jù)并行傳輸，可以增大碼元的寬度，減少單個(gè)碼元占用的頻帶，抵抗多徑引起的頻率選擇性衰落；可以有效克服碼間串?dāng)_，降低系統(tǒng)對(duì)均衡技術(shù)的要求，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸；而且信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。但是，實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)存在技術(shù)上的難點(diǎn)，其中很重要的一條是系統(tǒng)對(duì)同步的要求很高，因?yàn)樗鼘?duì)定時(shí)誤差要比單載波技術(shù)敏感得多。如果符號(hào)定時(shí)偏差過大，使定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長度之和小于循環(huán)前綴的長度，會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間干擾，破壞OFDM符號(hào)的完整性，降低系統(tǒng)的性能。可以說，準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)偏差的估計(jì)是實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵。圖1是一個(gè)通用OFDM基帶系統(tǒng)的框圖。圖1中的發(fā)送端串并變換、信源編碼、映射、OFDM基帶調(diào)制和疊加訓(xùn)練序等列模塊，代表OFDM基帶調(diào)制的過程；圖1中接收端的串并變換、同步、OFDM基帶解調(diào)、信道估計(jì)及信道補(bǔ)償、逆映射及并串變換等模塊，代表OFDM基帶解調(diào)過程；圖1中信道為多徑信道；圖1中的同步模塊即是實(shí)現(xiàn)OFDM時(shí)間同步的部分。常見的OFDM時(shí)間同步方案有兩種(1)將訓(xùn)練序列作為導(dǎo)頻的OFDM同步。該方法將訓(xùn)練序列作為數(shù)據(jù)信息單獨(dú)占用一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送單元，接收端通過對(duì)導(dǎo)頻的相關(guān)運(yùn)算獲得相關(guān)峰值來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的目的。利用導(dǎo)頻的方法能夠保證獲得較好的同步性能，但由于導(dǎo)頻占用了發(fā)射資源，降低了系統(tǒng)的傳輸效率。(2)將訓(xùn)練序列疊加在數(shù)據(jù)上的OFDM同步。此類方法通過將訓(xùn)練序列乘以一個(gè)功率分配因子(降低了能量)后再與OFDM符號(hào)疊加一齊進(jìn)行傳輸，減少了導(dǎo)頻所需要的發(fā)射資源，提高了傳輸效率，但是該方法存在訓(xùn)練序列與傳輸數(shù)據(jù)互相干擾的問題。參見文獻(xiàn):TufvessonF.，F(xiàn)aulknerΜ.，HoeherP.，Edfors0..OFDMtimeandfrequencysynchronizationbyspreadspectrumpilottechnique[J].Commun.TheoryMini-Conference.Jun,1999.vol.5:115_119。隨后又有人提出將訓(xùn)練序列疊加在循環(huán)前綴上的方法，降低了訓(xùn)練序列與傳輸數(shù)據(jù)的干擾。參見文獻(xiàn)唐友喜，嚴(yán)春林.一種OFDM時(shí)間、頻率同步方法[P].專利申請(qǐng)?zhí)?2133996.公開日2006年6月14日，公開號(hào)CN1259780C。但該系列方法由于降低了訓(xùn)練序列的能量，抗多徑干擾方面的性能有所下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的同步算法。本發(fā)明所述的OFDM同步訓(xùn)練序列采用疊加在傳輸數(shù)據(jù)循環(huán)前綴上的方法，不增加額外的傳輸開銷，結(jié)合訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)，將時(shí)間同步分為粗同步和細(xì)同步。按照本發(fā)明所述的同步方法基于所述訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)，包括以下步驟A.在發(fā)端形成符合要求的訓(xùn)練序列，即訓(xùn)練序列長度等于循環(huán)前綴的長度。將編碼序列進(jìn)行取負(fù)和取共軛等變換后形成訓(xùn)練序列m(k)。B.將訓(xùn)練序列m(k)疊加在基帶OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴上，并送入信道。C.接收端將接收的信號(hào)進(jìn)行移位相關(guān)運(yùn)算，尋找相關(guān)峰值的位置。其中，接收信號(hào)在相關(guān)窗口內(nèi)首先要進(jìn)行移位變換，變換后再與已知的訓(xùn)練序列m(k)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。所述的步驟A包括將編碼序列a進(jìn)行取負(fù)、取共軛、取負(fù)共軛等運(yùn)算后，按照?qǐng)D2所示的結(jié)構(gòu)，形成訓(xùn)練序列。其中，編碼序列a的選取具有一般性，通常選取相關(guān)性能優(yōu)異的序列。所述的步驟B包括將訓(xùn)練序列m[k]乘以‘，P為功率分配因子，定義功率分配因子等于疊加訓(xùn)練序列的能量與總能量(即訓(xùn)練序列的能量與信號(hào)序列的能量之和)之比，再將疊加位置的循環(huán)前綴乘以VT^后，將二者相加完成疊加訓(xùn)練序列的過程。所述的步驟C包括將接收信號(hào)在相關(guān)窗口內(nèi)按照公式(1)和公式(2)進(jìn)行如圖4所示的結(jié)構(gòu)變換。rl(n)=-lXr*(n)(1)其中，r(n)為接收的時(shí)域數(shù)據(jù)，rl(η)為r(n)的負(fù)共軛，G為循環(huán)前綴的長度，*為共軛運(yùn)算。數(shù)據(jù)經(jīng)過變形處理后與已知的訓(xùn)練序列m(k)按照3式進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。其中m(k)為已知的訓(xùn)練序列，G為循環(huán)前綴的長度，a(η)為經(jīng)過式1和式2變形后的數(shù)據(jù)，b(η)為滑動(dòng)相關(guān)窗口的相關(guān)結(jié)果，*為共軛運(yùn)算。從相關(guān)結(jié)果中找到相關(guān)最大值，確定最大值對(duì)應(yīng)在接收數(shù)據(jù)中的位置即完成符號(hào)定時(shí)同步。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在時(shí)域?qū)⒂?xùn)練序列只疊加在一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴上，通過設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)，在不改變編碼方式的基礎(chǔ)上引入新的相關(guān)性，并結(jié)合新的相關(guān)算法，增強(qiáng)了符號(hào)定時(shí)同步的抗干擾能力，提高了同步的正確率。本發(fā)明的上述其他目的及其特征進(jìn)一步適用的范圍，可在下列的詳細(xì)說明中清楚得知。但是，這些詳細(xì)的說明和所提到的實(shí)施例僅供說明作用，并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該可以理解其它變化形式。圖1是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為串并轉(zhuǎn)換模塊，2為信源編碼模塊，3為映射模塊，4為OFDM基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊，5為訓(xùn)練序列疊加模塊，6為并串轉(zhuǎn)換模塊，7為信道模塊，8為串并轉(zhuǎn)換模塊，9為同步模塊，10為OFDM基帶信號(hào)解調(diào)模塊，11為信道估計(jì)及信道補(bǔ)償模塊，12為逆映射模塊，13為解碼模塊，14為并串轉(zhuǎn)換模塊。圖2是根據(jù)本發(fā)明的訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，15為編碼序列，通常選擇具有良好相關(guān)性的編碼，16為15取共軛后的序列，17為16取負(fù)值后的序列，18為15取負(fù)值后的序列。由15、16、17和18四部分共同構(gòu)成訓(xùn)練序列m(k)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的發(fā)送信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，19為乘以‘的訓(xùn)練序列，20為疊加訓(xùn)練序列處乘以的循環(huán)前綴，21為原始數(shù)據(jù)。圖4是本發(fā)明提出的收端數(shù)據(jù)在相關(guān)窗口內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化示意圖。圖5是本發(fā)明提出的訓(xùn)練序列及其同步算法在多徑信道下同步信號(hào)示意圖。圖6是系統(tǒng)采用本發(fā)明提的方法與采用傳統(tǒng)方法在多徑信道下的同步正確率曲線比較圖。其中，傳統(tǒng)方法是指訓(xùn)練序列只是由編碼序列重復(fù)復(fù)制組成，沒有經(jīng)過共軛、取負(fù)值等運(yùn)算處理，收端同步算法是直接將接收數(shù)據(jù)與訓(xùn)練序列進(jìn)行相關(guān)移位運(yùn)算，相關(guān)的計(jì)算表達(dá)式與公式(3)相似，只是將a(n)換成接收信號(hào)r(n)。圖7是系統(tǒng)在相同仿真環(huán)境下，沒有疊加訓(xùn)練序列時(shí)和疊加訓(xùn)練序列時(shí)的誤碼率比較圖。其中疊加訓(xùn)練序列分為疊加本專利提出的訓(xùn)練序列和疊加傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指訓(xùn)練序列是由編碼序列重復(fù)放置，沒有經(jīng)過取反等運(yùn)算處理。具體實(shí)施例方式下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。步驟1設(shè)OFDM系統(tǒng)中子載波數(shù)為N=512，循環(huán)前綴長度為128。原始串行數(shù)據(jù)經(jīng)過模塊1形成并行的數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)經(jīng)過模塊2的RS編碼后，進(jìn)行QPSK調(diào)制即映射；數(shù)據(jù)在OFDM基帶調(diào)制模塊中進(jìn)行IFFT運(yùn)算并分別生成數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的循環(huán)前綴；選擇周期為Npn=31的m序列，在最后一位補(bǔ)0后構(gòu)成長度為32的編碼序列，發(fā)端將編碼序列取共軛、取反等運(yùn)算后，形成如圖2所示結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列，記為m[K]ke；將訓(xùn)練序列乘以V^，P=0.3，表示循環(huán)前綴中訓(xùn)練序列的能量占總能量的30%。在疊加訓(xùn)練序列模塊中將訓(xùn)練序列疊加在第一組數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴上，被疊加的循環(huán)前綴乘以^^；數(shù)據(jù)經(jīng)過并串變換后送入信道。在傳統(tǒng)方法中疊加訓(xùn)練序列仍選擇長度為31的m序列，在最后一位補(bǔ)0后構(gòu)成長度為32的編碼序列，將沒有經(jīng)過取反等運(yùn)算處理的編碼序列重復(fù)放置形成訓(xùn)練序列。步驟2數(shù)據(jù)在信道中受到多徑效應(yīng)和高斯噪聲的干擾。其中，多徑數(shù)為20，最大多普勒頻移為200Hz。步驟3收端將接收數(shù)據(jù)進(jìn)行串并變換后，將數(shù)據(jù)送入同步模塊。同步模塊將相關(guān)窗口內(nèi)的接收數(shù)據(jù)根據(jù)公式(1)和公式(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換后，再按照公式(3)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。其中，相關(guān)滑動(dòng)窗口的長度等于訓(xùn)練序列的長度，在本例中為128。發(fā)明性能分析根據(jù)上述實(shí)施步驟，可以得到圖6所示的同步性能。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，基于編碼序列重復(fù)放置結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列的同步方法與基于本發(fā)明提出的訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)的同步方法，在相同信噪比條件下，本發(fā)明提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及同步算法的同步正確率明顯高于傳統(tǒng)算法。隨著信噪比的增加，本發(fā)明提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及同步算法的同步正確率曲線的上升速度也高于傳統(tǒng)方法。由圖7可以看出，本專利提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及同步算法對(duì)系統(tǒng)誤碼率的影響與傳統(tǒng)方法相比相差很小，本專利提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)及同步算法對(duì)系統(tǒng)誤碼率的影響略優(yōu)于傳統(tǒng)方法。以上所披露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍?？梢岳斫?，根據(jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求書中限定的實(shí)質(zhì)和范圍所作的等同變化，仍屬于本發(fā)明所涵蓋的范圍。權(quán)利要求利用疊加訓(xùn)練序列進(jìn)行OFDM時(shí)間同步方法，該方法包括如下步驟步驟1確定發(fā)送數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，確定循環(huán)前綴的長度、訓(xùn)練序列的長度，通常訓(xùn)練序列的長度等于循環(huán)前綴的長度；步驟2選擇長度為訓(xùn)練序列長度四分之一的編碼序列a(k)，編碼類型一般選擇自相關(guān)性能優(yōu)異的、長度小于等于訓(xùn)練序列長度四分之一的碼型，如果所選擇的碼長比訓(xùn)練序列長度四分之一小，則以0補(bǔ)足；步驟3將步驟2中的編碼序列a(k)進(jìn)行共軛、取負(fù)值等運(yùn)算，形成[a(k)a*(k)-a*(k)-a(k)]結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練序列m(k)，其中，*為取共軛；步驟4將步驟3中得到的訓(xùn)練序列m(k)疊加在一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴上；步驟5時(shí)間同步將經(jīng)過信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其中，在相關(guān)窗口內(nèi)接收數(shù)據(jù)首先按照公式(1)和公式(2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，變換后的數(shù)據(jù)再與已知的訓(xùn)練序列按照公式(3)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行比較，找到最大相關(guān)值的位置，即同步位置；r1(n)＝-1×r*(n)(1)<mrow><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>r</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mn>0</mn><mo><</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>r</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo><</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mi>G</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>b</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>G</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>m</mi><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，r(n)為接收的時(shí)域數(shù)據(jù)，r1(n)為r(n)的負(fù)共軛，G為循環(huán)前綴的長度，*為共軛運(yùn)算，m(k)為已知的訓(xùn)練序列，a(n)為經(jīng)過式1和式2變形后的數(shù)據(jù)，b(n)為滑動(dòng)相關(guān)窗口的相關(guān)結(jié)果。全文摘要本發(fā)明目提供一種利用疊加訓(xùn)練序列進(jìn)行OFDM時(shí)間同步方法，通過設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的同步算法增強(qiáng)了時(shí)間同步的相關(guān)性能。本發(fā)明所述的OFDM同步訓(xùn)練序列采用疊加在傳輸數(shù)據(jù)循環(huán)前綴上的方法，不增加額外的傳輸開銷，由于訓(xùn)練序列中插入了0，進(jìn)一步降低了訓(xùn)練序列與傳輸數(shù)據(jù)之間的干擾。文檔編號(hào)H04L27/26GK101883070SQ20091014143公開日2010年11月10日申請(qǐng)日期2009年5月9日優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日發(fā)明者伍曉瓊,劉盈,羅仁澤,高頔,黃家盛申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)中山學(xué)院