專利名稱：寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及正交頻分復(fù)用和單載波頻域均衡寬帶通信技術(shù)，是一種基于導(dǎo)頻的精確時間同步方法。本發(fā)明用于解決在高速運動信道環(huán)境下寬帶無線通信系統(tǒng)的時間頻率同步問題。
背景技術(shù)：
在寬帶無線通信系統(tǒng)中，為了通信的正常進行，接收端需要對接收的信號進行時間同步，時間同步性能的好壞影響系統(tǒng)的整體性能?，F(xiàn)有技術(shù)大都利用接收信號和訓(xùn)練序列之間的相關(guān)性來獲得定時同步，由于多徑效應(yīng)的存在，相關(guān)峰會有多個，判斷同步時應(yīng)通過合適的算法選擇主徑，而且不能完成小數(shù)倍頻率同步，系統(tǒng)資源消耗大，技術(shù)實現(xiàn)成本聞。北京郵電大學(xué)、北京三星通信技術(shù)研究有限公司申請的專利“一種MMO-OFDM系統(tǒng)的同步方法”(專利申請?zhí)?00610136098，公開號CN1972271A)公開一種時頻同步方法。該專利申請主要是將本地序列與接收到的序列進行相關(guān)運算，得到相關(guān)峰值及其旁瓣，找出主相關(guān)峰值位置作為時延位置信息，從而實現(xiàn)同步。該專利申請公開的設(shè)備和方法存在的不足是，對于序列較長的相關(guān)序列進行相關(guān)運算時，由于需要每個數(shù)據(jù)點時間進行一次相關(guān)運算，故其運算量很大，實現(xiàn)困難；并且時間同步的精確度不足，運算時間較長。另外，使用該算法無法完成頻率同步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種解決寬帶無線通信系統(tǒng)時頻同步的方法。本發(fā)明可以明顯減少運算量，提高時間同步精確度，解決了寬帶無線通信系統(tǒng)在多徑移動信道條件下時頻同步較復(fù)雜的問題。本發(fā)明實現(xiàn)的基本思路是，系統(tǒng)生成導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)并組幀，然后導(dǎo)頻幀與數(shù)據(jù)幀共同組成發(fā)送數(shù)據(jù)并發(fā)送，接收端首先對本次收到的信號進行共軛相乘，對乘積進行兩種不同的相加，得到兩種相關(guān)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)進行濾波并相加，得到時間同步數(shù)據(jù)，從時間同步數(shù)據(jù)中找到時間同步位置，在兩種相關(guān)數(shù)據(jù)中根據(jù)時間同步位置估計小數(shù)倍載波頻率偏移，校正小數(shù)倍載波頻率偏移，完成小數(shù)倍載波同步。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)的具體步驟如下:(I)獲得導(dǎo)頻數(shù)據(jù):Ia)將通信系統(tǒng)發(fā)送端信號處理器所產(chǎn)生的自相關(guān)序列作為導(dǎo)頻序列；Ib)將導(dǎo)頻序列的末尾部分作為循環(huán)前綴附加到導(dǎo)頻序列的前端，獲得第一個導(dǎo)頻幀；Ic)將導(dǎo)頻序列的開頭部分作為循環(huán)后綴附加到導(dǎo)頻序列的尾部，獲得第二個導(dǎo)頻幀；Id)將第二個導(dǎo)頻幀附加到第一個導(dǎo)頻幀尾部，獲得導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；
(2)獲得載荷數(shù)據(jù):2a)將通信系統(tǒng)發(fā)送端信號處理器所產(chǎn)生的一組二進制數(shù)據(jù)，作為原始序列；2b)對原始序列進行星座映射，生成與導(dǎo)頻序列長度相等的調(diào)制信號序列；2c)將調(diào)制信號序列的末尾部分作為循環(huán)前綴附加到調(diào)制信號序列的前端，獲得一幀與一個導(dǎo)頻幀長度相等的數(shù)據(jù)幀；2d)重復(fù)步驟2a)、步驟2b)、步驟2c)產(chǎn)生多幀數(shù)據(jù)幀，多幀數(shù)據(jù)幀首尾相連組成載荷；(3)將載荷附加到步驟Id)中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的尾部作為一個發(fā)送包，并發(fā)送到通信系統(tǒng)接收端；(4)獲得初級和次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù):4a)從接收到的數(shù)據(jù)中任意選取與導(dǎo)頻序列長度相等的點作為第一序列；4b)以第一序列后第一個點為起點，選取與導(dǎo)頻序列長度相等的點作為第二序列； 4c)將第一序列的共軛和第二序列的對應(yīng)數(shù)據(jù)點相乘，乘積作為共軛乘積向量；4d)對共軛乘積向量中最前端與循環(huán)前綴長度相等的數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的一個點；4e)對共軛乘積向量的所有數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的一個
占.
4f)重復(fù)步驟4a)、步驟4b)、步驟4c)、步驟4d)、步驟4e)獲得所有初級和次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點；(5)獲得時間同步數(shù)據(jù):5a)從初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中任意選取與載荷長度相等的數(shù)據(jù)作為選擇數(shù)據(jù)；5b)從選擇數(shù)據(jù)中選取最前端與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為初級導(dǎo)頻相關(guān)數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)作為保護數(shù)據(jù)；5c)以一個導(dǎo)頻序列長度為間隔，從保護數(shù)據(jù)第一個點起，等間隔取點，將所有選取的點作為初級保護相關(guān)數(shù)據(jù)；5d)對初級導(dǎo)頻相關(guān)數(shù)據(jù)和初級保護相關(guān)數(shù)據(jù)求和，其結(jié)果作為初級時間同步數(shù)據(jù)的一個點；5e)從次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中任意選取兩個循環(huán)前綴長度數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為次級時間同步數(shù)據(jù)的一個點；5f)重復(fù)步驟5a)、步驟5b)、步驟5c)、步驟5d)、步驟5e)獲得所有初級和次級時間同步數(shù)據(jù)；5g)將初級和次級時間同步數(shù)據(jù)的對應(yīng)點相加，得到完整時間同步數(shù)據(jù)；(6)獲得時間同步位置:6a)從完整時間同步數(shù)據(jù)中任意選取與一個發(fā)送包長度相等的數(shù)據(jù)，將其中模值最大點的位置作為時間同步位置；6b)在系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)中，將時間同步位置后與兩個導(dǎo)頻幀長度相等數(shù)據(jù)作為接收導(dǎo)頻，其余數(shù)據(jù)作為接收數(shù)據(jù)；6c)從接收導(dǎo)頻的尾部選取與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為信道數(shù)據(jù)；
(7)獲得小數(shù)倍載波頻率偏移估計:7a)在步驟4f)得到的初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中，從時間同步位置開始選取與一個發(fā)送包長度相等的數(shù)據(jù)作為初級相差數(shù)據(jù)；7b)在初級相差數(shù)據(jù)中選取最前端與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為第一相差序列，其余數(shù)據(jù)作為第二相差序列；7c)以一個導(dǎo)頻序列為間隔，從第二相差序列第一個點起，等間隔取點，將所有選取的點作為間隔相差序列；7d)對第一相差序列和間隔相差序列的所有點分別求相角，對所有相角求算術(shù)平均，其結(jié)果作為初級頻率同步相角；7e)在步驟4f)得到的次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中，將時間同步位置后與兩個循環(huán)前綴長度相等的數(shù)據(jù)作為次級相差序列；7f)在次級相差序列中尋找模值最大點，對最大點進行求相角運算，其結(jié)果作為次級頻率同步相角；7g)對初級和次級頻率同步相角求算數(shù)平均，其結(jié)果作為最終相角；7h)將最終相角除以導(dǎo)頻序列的時間長度的結(jié)果作為小數(shù)倍載波頻率偏移估計；(8)校正小數(shù)倍載波頻率偏移:8a)對系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)按照小數(shù)倍載波頻率偏移校正方法糾正，獲得小數(shù)倍頻偏校正數(shù)據(jù)；8b)將小數(shù)倍頻偏校正數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)接收端的整數(shù)倍頻率偏移校正模塊中，完成小數(shù)倍頻率同步。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:第一，本發(fā)明通過一次相乘和五次相加獲得時間同步，克服了現(xiàn)有技術(shù)中必須進行大量相關(guān)運算才能得到時間同步帶來的資源消耗較大和時間同步不精確的不足。使得本發(fā)明具有了時間同步精確、系統(tǒng)資源消耗低和技術(shù)實現(xiàn)成本小的優(yōu)點。第二，本發(fā)明通過利用兩次相加獲得精確小數(shù)倍頻率偏移估計，克服了現(xiàn)有技術(shù)中小數(shù)倍頻率偏移估計精確度不夠的缺點。使得本發(fā)明具有了小數(shù)倍頻率偏移估計精確的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明流程圖；圖2為本發(fā)明的發(fā)送包結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明的實施方式做進一步的描述。步驟I，獲得導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。將通信系統(tǒng)發(fā)送端信號處理器所產(chǎn)生的自相關(guān)序列作為導(dǎo)頻序列。按照以下公式生成自相關(guān)序列:
權(quán)利要求
1.寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，包括以下步驟: (1)獲得導(dǎo)頻數(shù)據(jù): Ia)將通信系統(tǒng)發(fā)送端信號處理器所產(chǎn)生的自相關(guān)序列作為導(dǎo)頻序列； Ib)將導(dǎo)頻序列的末尾部分作為循環(huán)前綴附加到導(dǎo)頻序列的前端，獲得第一個導(dǎo)頻幀； Ic)將導(dǎo)頻序列的開頭部分作為循環(huán)后綴附加到導(dǎo)頻序列的尾部，獲得第二個導(dǎo)頻幀； Id)將第二個導(dǎo)頻幀附加到第一個導(dǎo)頻幀尾部，獲得導(dǎo)頻數(shù)據(jù)； (2)獲得載荷數(shù)據(jù): 2a)將通信系統(tǒng)發(fā)送端信號處理器所產(chǎn)生的一組二進制數(shù)據(jù)，作為原始序列； 2b)對原始序列進行星座映射，生成與導(dǎo)頻序列長度相等的調(diào)制信號序列； 2c)將調(diào)制信號序列的末尾部分作為循環(huán)前綴附加到調(diào)制信號序列的前端，獲得一幀與一個導(dǎo)頻幀長度相等的數(shù)據(jù)幀； 2d)重復(fù)步驟2a)、步驟2b)、步驟2c)產(chǎn)生多幀數(shù)據(jù)幀，多幀數(shù)據(jù)幀首尾相連組成載荷； (3)將載荷附加到步驟Id)中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的尾部作為一個發(fā)送包，并發(fā)送到通信系統(tǒng)接收端； (4)獲得初級和次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù): 4a)從接收到的數(shù)據(jù)中任意選取與導(dǎo)頻序列長度相等的點作為第一序列； 4b)以第一序列后第一個點為起點，選取與導(dǎo)頻序列長度相等的點作為第二序列； 4c)將第一序列的共軛和第二序列的對應(yīng)數(shù)據(jù)點相乘，乘積作為共軛乘積向量； 4d)對共軛乘積向量中最前端與循環(huán)前綴長度相等的數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的一個點； 4e)對共軛乘積向量的所有數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的一個點； 4f)重復(fù)步驟4a)、步驟4b)、步驟4c)、步驟4d)、步驟4e)獲得所有初級和次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點； (5)獲得時間同步數(shù)據(jù): 5a)從初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中任意選取與載荷長度相等的數(shù)據(jù)作為選擇數(shù)據(jù)； 5b)從選擇數(shù)據(jù)中選取最前端與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為初級導(dǎo)頻相關(guān)數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)作為保護數(shù)據(jù)； 5c)以一個導(dǎo)頻序列長度為間隔，從保護數(shù)據(jù)第一個點起，等間隔取點，將所有選取的點作為初級保護相關(guān)數(shù)據(jù)； 5d)對初級導(dǎo)頻相關(guān)數(shù)據(jù)和初級保護相關(guān)數(shù)據(jù)求和，其結(jié)果作為初級時間同步數(shù)據(jù)的■~ 個占.5e)從次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中任意選取兩個循環(huán)前綴長度數(shù)據(jù)點求和，其結(jié)果作為次級時間同步數(shù)據(jù)的一個點； 5f)重復(fù)步驟5a)、步驟5b)、步驟5c)、步驟5d)、步驟5e)獲得所有初級和次級時間同步數(shù)據(jù)； 5g)將初級和次級時間同步數(shù)據(jù)的對應(yīng)點相加，得到完整時間同步數(shù)據(jù)；(6)獲得時間同步位置: 6a)從完整時間同步數(shù)據(jù)中任意選取與一個發(fā)送包長度相等的數(shù)據(jù)，將其中模值最大點的位置作為時間同步位置； 6b)在系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)中，將時間同步位置后與兩個導(dǎo)頻幀長度相等數(shù)據(jù)作為接收導(dǎo)頻，其余數(shù)據(jù)作為接收數(shù)據(jù)； 6c)從接收導(dǎo)頻的尾部選取與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為信道數(shù)據(jù)； (7)獲得小數(shù)倍載波頻率偏移估計: 7a)在步驟4f)得到的初級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中，從時間同步位置開始選取與一個發(fā)送包長度相等的數(shù)據(jù)作為初級相差數(shù)據(jù)； 7b)在初級相差數(shù)據(jù)中選取最前端與導(dǎo)頻序列長度相等的數(shù)據(jù)作為第一相差序列，其余數(shù)據(jù)作為第二相差序列； 7c)以一個導(dǎo)頻序列為間隔 ，從第二相差序列第一個點起，等間隔取點，將所有選取的點作為間隔相差序列； 7d)對第一相差序列和間隔相差序列的所有點分別求相角，對所有相角求算術(shù)平均，其結(jié)果作為初級頻率冋步相角； 7e)在步驟4f)得到的次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)中，將時間同步位置后與兩個循環(huán)前綴長度相等的數(shù)據(jù)作為次級相差序列； 7f)在次級相差序列中尋找模值最大點，對最大點進行求相角運算，其結(jié)果作為次級頻率同步相角； 7g)對初級和次級頻率同步相角求算數(shù)平均，其結(jié)果作為最終相角； 7h)將最終相角除以導(dǎo)頻序列的時間長度的結(jié)果作為小數(shù)倍載波頻率偏移估計； (8)校正小數(shù)倍載波頻率偏移: 8a)對系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)按照小數(shù)倍載波頻率偏移校正方法糾正，獲得小數(shù)倍頻偏校正數(shù)據(jù)； Sb)將小數(shù)倍頻偏校正數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)接收端的整數(shù)倍頻率偏移校正模塊中，完成小數(shù)倍頻率同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟Ia)中所述自相關(guān)序列的各點按照以下公式生成:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟Ib)中所述循環(huán)前綴的長度由信道傳播時延決定，長度大于系統(tǒng)最大多徑時延。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟Ic)中所述循環(huán)后綴的長度與循環(huán)前綴的長度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟2b)中所述的星座映射是指，將二進制序列進行分組后調(diào)制成多進制移相鍵控信號MPSK或者多進制正交幅度調(diào)制信號MQAM。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟2d)中所述的多幀數(shù)據(jù)幀的幀數(shù)由通信系統(tǒng)滿足的最大多普勒頻移決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟7d)和步驟7f)中所述的求相角是指，用擬求相角點的虛部除以該點的實部，對結(jié)果求反正切函數(shù)，將反正切函數(shù)值作為該點相角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶無線通信系統(tǒng)中高精度時頻同步方法，其特征在于，步驟8a)中所述的小數(shù)倍載波頻率偏移校正方法按照以下公式進行: yi = Xie-j2π (i_1) θ 其中，表示小數(shù)倍頻偏校正數(shù)據(jù)點，Xi表示系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)點，i表示數(shù)據(jù)點在序列中的位置，e表示自然常數(shù)，j表示虛數(shù)，π表示圓周率，Θ表示小數(shù)倍載波頻率偏移估計。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬帶無線通信系統(tǒng)高精度時頻同步方法，主要克服了現(xiàn)有技術(shù)資源消耗較大和時頻同步精確度不夠的缺點。其步驟為(1)生成導(dǎo)頻數(shù)據(jù)；(2)生成載荷數(shù)據(jù)；(3)組成發(fā)送包并發(fā)送；(4)獲得初級和次級延遲相關(guān)數(shù)據(jù)；(5)獲得時間同步數(shù)據(jù)；(6)獲得時間同步位置；(7)獲得小數(shù)倍載波頻率偏移估計；(8)校正小數(shù)倍載波頻率偏移。本發(fā)明中通過一次相乘和五次相加獲得時間同步，具有時間同步精確、系統(tǒng)資源消耗低和技術(shù)實現(xiàn)成本小的優(yōu)點；利用兩次相加獲得小數(shù)倍頻率偏移估計，具有小數(shù)倍頻率偏移估計精確的優(yōu)點。
文檔編號H04L27/26GK103152307SQ20131005428
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者劉龍偉, 張海林, 張嘉寧 申請人:西安電子科技大學(xué)