專利名稱：一種時間同步方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信技術領域，尤其涉及時間同步方法及裝置。
背景技術：
同步是通信系統(tǒng)中一個重要的實際問題。通信系統(tǒng)能否有效地、可靠地工作， 很大程度上依賴于有無良好的同步系統(tǒng)，同步是對傳輸數據進行可靠接收的保證，其精 度關系到整個通信系統(tǒng)的性能。正交頻分復用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)是一種多載波數字通信調制技術，它具有頻譜利用率高和可對抗多徑時延 擴展等特點，因此通常被認為是未來移動通信系統(tǒng)中的核心技術。在OFDM系統(tǒng)中，為了保 證OFDM子信道上信號的正交性，接收端必須和發(fā)射端在時域和頻域上均保持同步。采用 OFDM技術，在接收端，為了正確解調，必須找到符號的起始位置，因此，必須進行定時估計。 如果定時不正確，就可能引起嚴重的碼間干擾。由于頻偏估計是在定時估計之后進行，如果 定時估計不準確，也會影響頻偏的估計性能，從而導致整個OFDM系統(tǒng)性能下降。因此，必 須在短時間內對接收數據進行快速準確的定時同步。因此，OFDM技術對同步的要求更高， 應盡可能地提高同步的性能。以OFDM技術為基礎的IEEE802. lla\g\n系統(tǒng)中，同步過程 通常包括幀同步、頻率同步和采樣時鐘同步等。其中，幀同步又分為兩步幀檢測(packet detection,也稱符號粗定時)和符號定時(symbolt iming,也稱符號細同步)，幀檢測執(zhí)行 對信號有無的判斷，當檢測到信號后，初步確定幀的起始位置；符號定時的目的是在幀檢測 基礎上進一步找到OFDM符號的起始位置即FFT窗的正確位置，如果FFT窗的起始點落到了 保護間隔之外，就會引起碼間干擾，破壞子載波間的正交性。頻率同步的目的是糾正由于 發(fā)射機和接收機兩者頻率振蕩器的不一致性以及多普勒效應產生的頻率偏移，接收機進行 FFT變換之前必須對頻偏進行估計和補償，以減小頻偏對子載波之間正交性的破壞。采樣時 鐘同步是為了對齊收發(fā)兩端的采樣時鐘，采樣時鐘頻率錯誤會導致子載波之間的干擾，還 會引起符號定時的偏移、惡化符號定時問題。現有技術中IEEE802. lla\g\n等標準或草案定義了前導符號(Preamble)，其結構 如圖1所示，用于輔助接收端快速而精確地實現同步、信道估計等過程。從圖1中可看到，前導符號由短訓練序列和長訓練序列組成，各為8μ S。其中短訓 練序列由10個長度為0.8μ S的重復短訓練符號(Si SlO)組成，長訓練序列由一個長度 為1.6μ s的保護間隔(GLGuardlnterval，其長度是循環(huán)前綴長度的兩倍)和兩個長度為 3. 2μ s的重復長訓練符號(Li、L2)組成。GI是將長訓練符號Ll的后半段復制后移到Ll 前面而得到?，F有的ΙΕΕΕ802. lla\g\n系統(tǒng)中符號定時通常是用已經糾掉部分頻偏的接收信 號與已知的長訓練序列符號進行互相關運算來實現。下面以IEEE802. Iln為例來描述符號 定時過程。在第j條接收鏈路上，用參考序列1 (η)與捕獲到的幀的采樣序列h(η)作互相關 得到
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L表示相關運算的求和長度。尋找互相關器輸出幅值的平方的最大值出現的位置， 該位置即OFDM符號起始位置的估計值 現有符號定時算法是通過接收端已知的長訓練序列符號與初步糾正頻偏后的接 收信號進行互相關來實現，其缺點如下為了區(qū)分不同數據流上的信號，IEEE 802.11 η標準規(guī)定當發(fā)射機使用多條發(fā) 射鏈路時，必須分別在每條鏈路上對要發(fā)送的信號進行循環(huán)移位延遲(CSD，Cyclic Shift Delay)，以保證每根天線發(fā)射的信號不同，避免意外出現的波束形成。每條發(fā)射鏈路上的 CSD值都不一樣，根據數字信號處理理論可知，經過循環(huán)移位延遲后的信號對于接收機而言 相當于多徑信號。假設發(fā)射機具有Nt條發(fā)射鏈路，發(fā)射機采用直接映射方式進行空間擴 展，那么接收機收到的信號將是Nt個時間上經過長度不等的循環(huán)移位后的信號之和。接收 端如果用長訓練序列符號與接收信號進行互相關運算，相關結果將出現Nt個大小相近的尖 峰，此時，常規(guī)的符號定時算法難以根據互相關最大值出現的位置來判斷OFDM符號的起始 位置。通常業(yè)內將由CSD造成的相關峰稱為偽相關峰，偽相關峰的出現使得符號定時的結 果不準確；另外，需要對互相關的結果進行搜索(搜索最大值)，才能得符號定時的位置。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種時間同步算法，可以避免峰值搜索過程，減少運算量，快速確定符 號定時位置，尤其是提高多天線系統(tǒng)符號定時的精度。本發(fā)明實施例提供的一種時間同步方法，包括將接收信號與本地序列做互相關運算，將所述互相關運算結果進行時間加權平 均，并基于加權平均結果確定符號定時位置。更適宜地，在進行互相關運算之前，將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為 本地序列；當接收端為多天線，則基于各天線接收到的數據流分別進行互相關運算；將所述互相關計算結果對時間做加權平均得到定時估計值。本發(fā)明實施例提供的一種時間同步裝置，包括計算單元，用于將接收信號與所述本地序列做互相關運算，基于所述互相關運算 結果進行時間加權平均；定時位置確定單元，用于基于所述計算單元提供的加權平均結果確定符號定時位置。更適宜地，該時間同步裝置還包括調整單元，用于將訓練序列進行移位調整后得 到的序列作為本地序列；并提供給所述計算單元。綜上所述，本發(fā)明提供的時間同步方法，與接收數據進行互相關運算并做相應的 時間加權平均來確定定時位置，在一定程度上抑制了偽相關峰的峰值，從而使主多徑能量 權重更大，不需搜索最大值，即可計算得到需要的結果即定時位置。采用加權平均進一步消除了 CSD的影響，提高了符號定時的準確性。本發(fā)明提供的時間同步方法適用于不同流數、 不同帶寬的系統(tǒng)，另外，本發(fā)明實施例中將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地 參考序列，可減少運算量，避免峰值搜索過程，快速確定同步定時位置，提高系統(tǒng)性能。
圖1為現有技術中定義的前導符號結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的時間同步方法流程圖；圖3是本發(fā)明實施例中的四個不同流移位序列及本地序列關系示意圖；圖4a和4b是分別為本發(fā)明兩種不同實施例中的互相關結果示意圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的時間同步裝置架構示意圖。
具體實施例方式為了正確解調，在接收端必須找到符號的起始位置，因此，必須進行定時估計。如 果定時不正確，就可能引起嚴重的碼間干擾。由于頻偏估計是在定時估計之后進行，如果定 時估計不準確，也會影響頻偏的估計性能，從而導致整個OFDM系統(tǒng)性能下降。因此，必須在 短時間內對接收數據進行快速準確的定時同步，即確定OFDM符號的起始位置。由于峰值搜 索過程可能落在局部峰值且計算量大，本發(fā)明提出一種實現時間同步方法，確定定時位置 時通過對本地序列進行移位，再與接收數據進行互相關運算，最后做時間加權平均，這樣可 減少搜索過程運算量，并縮短峰值搜索過程，進而快速精確地實現時間同步。本發(fā)明提出一種基于加權平均的算法，以歸一化的相關值作為加權系數，對觀 察區(qū)間做平均，以解決由于循環(huán)移位延遲造成的偽相關峰值帶來的符號定時不準的問 題。求定時位置時用加權平均，可以避免峰值搜索過程。所提出的方法可直接應用于基于 IEEE802. lla\g標準的系統(tǒng)，由于IEEE802. lla\g是單天線系統(tǒng)，盡管不存在循環(huán)移位延遲 CSD造成偽相關峰的問題，但采用本發(fā)明所提供的算法能避免所說的峰值搜索問題。為使本發(fā)明的原理、特性和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施例的技術方案進行 詳細描述。參照圖2，本發(fā)明實施例提供的一種時間同步方法，包括S01,(該步驟為可選)預先對訓練序列進行處理，得到本地序列；例如，將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地序列；S02，將接收信號與所述本地序列做互相關運算，將所述互相關運算結果進行時間 加權平均，并基于加權平均結果確定符號定時位置。通常，符號定時算法中，是將接收信號與本地序列做互相關運算，基于區(qū)間內的最 大值確定符號定時基準位置。本發(fā)明實施例中，可直接采用訓練序列作為本地序列與接收 信號做互相關運算，或者，更適宜地，將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地序 列；具體地，將訓練序列進行移位調整為將長度為N的訓練序列前M位平移到其余N-M位后 面，其中M彡N/2。例如，取M = N/2，即將訓練序列長度相同的前后兩部分倒置作為接收機的本地序 列，而發(fā)射端的訓練序列仍保持不變。訓練序列前后倒置的目的在于減小循環(huán)移位延遲CSD 偽相關峰值對后面加權平均的影響。在此以40MHz帶寬的802. Iln系統(tǒng)為例，假設發(fā)射端
5訓練序列各值的序號為
，則本地參考序列各值對應訓練
序列的序號為[64，65，......127，0，1，......63]，如圖2所示，40MHz帶寬時，四個不同流
上的CSD分別為0ns、-400ns、-200ns和_600ns，相當于將長訓練序列LTF分別循環(huán)左移0 個點、16個點、8個點和24個點。(20MHz帶寬時，左移點數分別減半，不影響算法的性能)。從統(tǒng)計意義上看，由于無線信道的多徑增益呈指數衰減，多徑時延越大，能量可能 越小。當只有一個流時，多徑能量主要集中在第一徑時刻的后面；當有多個流時由于CSD的 影響，這種情況發(fā)生了變化。各個數據流經過循環(huán)移位且通過信道之后，接收機所收到的多 徑能量主要集中在真正的第一徑的前面。由于多徑衰落的隨機性，能量最大的徑即所謂主 徑的位置比較隨機，不能據此作為FFT窗起始位置。假定觀察窗為[-W，W]，W小于保護間隔GI的長度，GI起點為此窗的0點。從圖3 中可看出，以保護間隔GI的起點為觀察窗的中心點時，除CSD = Ons的流以外，其它三個流 的序列都只與接收機的本地參考序列部分相關，則對應的相關峰值會降低，如圖4所示。圖 4a表示訓練序列不移位直接作為本地序列(與發(fā)射端的序列相同)時，與接收信號做互相 關運算的結果示意圖，橫軸0點表示CSD = Ons時相關峰的位置，-8、-16、-24分別表示CSD 為-200ns、-400ns、-600ns時的偽相關峰的位置，其余位置表示峰值較小的多徑相關峰位 置，可見有多個峰值接近的相關峰，而真正的第一徑應在0點附近；圖4b表示訓練序列移位 作為本地序列與接收信號做互相關運算的結果示意圖，CSD絕對值越大，對應流的信號與本 地序列相關性越小，故相關峰值也越小，但并未改變CSD = Ons的流與本地序列的相關性， 從而減小了偽相關峰的加權系數，CSD = Ons對應的多徑相關峰的權重更大，因此達到提高 符號定時精度的目的。在第j條接收鏈路上，用參考序列1 (η)與捕獲到的幀的采樣序列r」(η)作互相關 得到 L表示相關運算的求和長度，l(n)是所含的訓練序列序號前半部分與后半 部分倒置得到。若接收端為單天線，則接收信號為該天線接收的數據流，或者基于多根天線 中的一根天線接收的數據流做互相關運算，將所述互相關計算結果對時間做加權平均得到 定時估計值。若接收端為多天線，則基于各天線接收到的數據流分別進行互相關運算；將所述互相關計算結果對時間做加權平均得到定時估計值。本發(fā)明實施例中采用的算法是通過對時間做加權平均來獲得定時估計值。Xic {n) = \Xj(n)\(2) 其中，凡表示接收天線數，是將多個接收天線的結果求平均值，并以該平均值作為 符號定時位置。凡=1對應單天線情況或者多天線系統(tǒng)中只取一根接收天線的信號做同步 的情況。所述基于加權平均結果確定符號定時位置，具體包括
計算各天線接收信號的能量 其中λ。(η)為基于各天線接收到的數據流進行互相關運算的結果；在此引入能量密度的概念。對給定的信號x(t)，假定它是能量信號，即其能量為 歸一化函數|x(t) |2/E可看作信號x(t)在時域的密度函數。利用一階矩可得到 x(t)的“時間均值”^0 =t\x(t)f dttQ稱為x(t)的時間中心。在符號定時算法中，取離散表達式 N0即為符號定時結果。Lxj表示向下取整，由于符號定時的結果應保證在循環(huán)前綴
CP范圍內，通常都會對符號定時位置減去一個提前量，因此采用向下取整。￥表示多徑
E
能量密度，也就是歸一化的加權系數。在此是以多徑能量密度為歸一化加權系數，當然也可采用其它求加權系數的方 法，在此不再贅述。參照圖5，本發(fā)明實施例還提供一種時間同步裝置500，包括調整單元510，用于將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地序列；計算單元520，用于將接收信號與所述本地序列做互相關運算，基于所述互相關運 算結果進行時間加權平均；定時位置確定單元530，用于基于所述計算單元提供的加權平均結果確定符號定 時位置。具體地，調整單元510將訓練序列進行移位調整為將長度為N的訓練序列前M位 平移到其余N-M位后面，其中M < Ν/2。計算單元520將接收信號與調整單元510提供的本地序列做互相關運算，定時位 置確定單元530將觀察區(qū)間內的加權平均值作為符號定時結果，具體過程如前方法實施例 中所述基本相同。綜上所述，本發(fā)明提供的時間同步方法，不需搜索最大值，得到的結果即定時位 置。其一是將訓練序列前后兩半倒置作為本地參考序列，在一定程度上抑制了偽相關峰的 峰值，從而使多徑能量更為集中；其二是加權平均進一步消除了 CSD的影響，提高了符號定 時的準確性。本發(fā)明提供的時間同步方法適用于不同流數、不同帶寬的系統(tǒng)，可減少運算 量，避免峰值搜索過程，快速確定同步定時位置，提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
一種時間同步方法，其特征在于，包括將接收信號與本地序列做互相關運算，將所述互相關運算結果進行時間加權平均，基于加權平均結果確定符號定時位置。
2.如權利要求1所述的時間同步方法，其特征在于，還包括在進行互相關運算之前，將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地序列。
3.如權利要求1所述的時間同步方法，其特征在于，若接收端為多天線，則基于各天線接收到的數據流分別進行互相關運算； 將所述互相關計算結果對時間做加權平均得到定時估計值。
4.如權利要求1或2所述的時間同步方法，其特征在于， 所述將訓練序列進行移位調整為將長度為N的訓練序列前M位平移到其余N-M位后 面，其中M彡N/2。
5.如權利要求1或2所述的時間同步方法，其特征在于， 所述確定符號定時位置，具體包括計算接收天線接收信號的能量^二匸&^)，其中λ。(η)為基于接收天線接收到的數 據流進行互相關運算的結果；歸一化后作為加權系數，按照下式計算確定符號定時位置
6.一種時間同步裝置，其特征在于，包括計算單元，用于將接收信號與本地序列做互相關運算，基于所述互相關運算結果進行 時間加權平均；定時位置確定單元，用于基于所述計算單元提供的加權平均結果確定符號定時位置。
7.如權利要求6所述的時間同步裝置，其特征在于，調整單元，用于將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地序列，并提供給所述計算單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時間同步方法，包括將接收信號與本地序列做互相關運算，將所述互相關運算結果進行時間加權平均，基于加權平均結果確定符號定時位置。在一定程度上抑制了偽相關峰的峰值，從而使主多徑能量權重更大，不需搜索最大值，即可計算得到需要的結果即定時位置。采用加權平均進一步消除了CSD的影響，提高了符號定時的準確性。另外，本發(fā)明實施例中將訓練序列進行移位調整后得到的序列作為本地參考序列，可減少運算量，避免峰值搜索過程，快速確定同步定時位置，提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明提供的時間同步方法適用于不同流數、不同帶寬的系統(tǒng)。
文檔編號H04W56/00GK101925172SQ20101023425
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權日2010年7月20日
發(fā)明者劉慎發(fā), 姚惠娟, 曾勇波, 王凱, 雷俊, 鮑東山 申請人:北京新岸線無線技術有限公司