一種多載波同步系統(tǒng)和同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多載波同步系統(tǒng)和同步方法，應(yīng)用于OFDM多載波系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：符號同步模塊和幀同步模塊，符號同步模塊將接收序列與本地序列進(jìn)行相關(guān)計算，通過檢測連續(xù)符號窗口的相關(guān)峰值，確定符號同步位置；幀同步模塊根據(jù)符號同步位置，計算當(dāng)前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，并將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較，判決找到幀同步的位置。方法包括：接收信號均值濾波后與本地序列進(jìn)行相關(guān)計算，通過檢測連續(xù)窗口的相關(guān)峰值，確定符號同步位置；根據(jù)符號同步位置，通過計算連續(xù)兩個符號的相位偏差，判斷幀是否同步。本發(fā)明對比現(xiàn)有同步技術(shù)，具有復(fù)雜度小，準(zhǔn)確度高，且易于硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種多載波同步系統(tǒng)和同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字通信領(lǐng)域，具體涉及一種0FDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交頻分復(fù)用)多載波系統(tǒng)的同步系統(tǒng)和同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]OFDM是一種具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力的多載波通信技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗干擾、抗衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為通信領(lǐng)域的核心技術(shù)，并廣泛用在多種通信系統(tǒng)中，如無線局域網(wǎng)、數(shù)字音/視頻廣播等，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]同步技術(shù)是任何一個通信系統(tǒng)都需要解決的實(shí)際問題，其性能直接關(guān)系到整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。OFDM多載波系統(tǒng)對同步誤差非常敏感，一個很小的同步誤差都可能引起整個系統(tǒng)的性能嚴(yán)重下降。OFDM系統(tǒng)中的同步可分為頻率同步和定時同步，頻率同步主要用于補(bǔ)償載波頻偏，定時同步用于確定OFDM符號和有效數(shù)據(jù)的起始位置，可分為符號同步和幀同步。在沒有上/下變頻、速率不高、對載波相位不敏感的系統(tǒng)中，頻率同步可以忽略，但定時同步一般都需要做。
[0004]目前比較流行的符號同步方法有兩種，一是延時相關(guān)的檢測法，該方法需要?dú)w一化處理相關(guān)值，需要大量的乘除法運(yùn)算，硬件資源開銷大，另外，相關(guān)結(jié)果受信噪比影響較大，相關(guān)輸出是一個平臺，邊界點(diǎn)模糊，不易檢測，可能導(dǎo)致符號同步不準(zhǔn)確或不能同步；二是自相關(guān)峰值檢測法，該方法相關(guān)峰值尖銳，容易檢測，且本地序列的能量是已知的，減少了一部分運(yùn)算量，但也需要?dú)w一化相關(guān)值，同樣也存在易受噪聲影響的問題，低信噪比時，可能會出現(xiàn)主峰值達(dá)不到門限或干擾峰的值超過門限的現(xiàn)象。對于幀同步，比較常用的是時域相關(guān)法，通過檢測特殊的峰值點(diǎn)得到，比如尋找峰谷，存在同樣的上述問題。因此，這成為本 申請人:致力于解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種多載波同步系統(tǒng)和同步方法，對比現(xiàn)有同步技術(shù)，具有復(fù)雜度小，準(zhǔn)確度高，且易于硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明之一的一種多載波同步系統(tǒng)，應(yīng)用于OFDM多載波系統(tǒng),所述多載波同步系統(tǒng)包括相互連接的符號同步模塊和幀同步模塊，其中:
[0008]符號同步模塊，將接收序列與本地序列進(jìn)行相關(guān)計算，通過檢測連續(xù)符號窗口的相關(guān)峰值，確定符號同步位置；
[0009]幀同步模塊，根據(jù)符號同步位置，計算當(dāng)前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，并將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
[0010]在上述的多載波同步系統(tǒng)中，所述符號同步模塊包括依次連接的均值濾波器、取符號單元、相關(guān)器和峰值檢測器，其中:
[0011]均值濾波器，用于對接收的輸入信號進(jìn)行均值濾波；[0012]取符號單元，用于對均值濾波后的輸入信號取符號位，并交給所述相關(guān)器；
[0013]相關(guān)器，用于將接收的符號位與本地序列進(jìn)行自相關(guān)計算，得到相關(guān)值；
[0014]峰值檢測器，用于比較相關(guān)值與預(yù)設(shè)峰值門限的大小，根據(jù)相關(guān)值檢測連續(xù)符號窗口峰值，從而確定符號同步的位置。
[0015]在上述的多載波同步系統(tǒng)中，所述均值濾波器用于對連續(xù)N個符號取均值，N為正整數(shù)且N > 2，每個符號的長度為L ;所述均值濾波器包括第一加法器和第一存儲器，其中，
[0016]第一存儲器，用于依次接收輸入信號，并排序存儲；
[0017]第一加法器，用于將當(dāng)前采樣點(diǎn)輸入信號與所述第一存儲器存儲的之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個采樣點(diǎn)累加后輸出給所述取符號單元。
[0018]在上述的多載波同步系統(tǒng)中，所述取符號位單元取符號位指:輸入大于O時輸出1，小于O輸出時-1,等于O輸出時O。
[0019]在上述的多載波同步系統(tǒng)中，所述相關(guān)器通過公式:
【權(quán)利要求】
1.一種多載波同步系統(tǒng)，應(yīng)用于OFDM多載波系統(tǒng)，其特征在于，所述多載波同步系統(tǒng)包括相互連接的符號同步模塊和幀同步模塊，其中: 符號同步模塊，將接收序列與本地序列進(jìn)行相關(guān)計算，通過檢測連續(xù)符號窗口的相關(guān)峰值，確定符號同步位置； 幀同步模塊，根據(jù)符號同步位置，計算當(dāng)前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，并將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述符號同步模塊包括依次連接的均值濾波器、取符號單元、相關(guān)器和峰值檢測器，其中: 均值濾波器，用于對接收的輸入信號進(jìn)行均值濾波； 取符號單元，用于對均值濾波后的輸入信號取符號位，并交給所述相關(guān)器； 相關(guān)器，用于將接收的符號位與本地序列進(jìn)行自相關(guān)計算，得到相關(guān)值； 峰值檢測器，用于比較相關(guān)值與預(yù)設(shè)峰值門限的大小，根據(jù)相關(guān)值檢測連續(xù)符號窗口峰值，從而確定符號同步的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述均值濾波器用于對連續(xù)N個符號取均值，N為正整數(shù)且N > 2，每個符號的長度為L ;所述均值濾波器包括第一加法器和第一存儲器,其中， 第一存儲器，用于依次接收輸入信號，并排序存儲； 第一加法器，用于將當(dāng)前采樣點(diǎn)輸入信號與所述第一存儲器存儲的之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個采樣點(diǎn)累加后輸出給所述取符號單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述取符號位單元取符號位指:輸入大于O時輸出I，小于O輸出時-1，等于O輸出時O。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)器通過公式:

Icorr ^result(Ii) = [ sign{r{n — k)) * p(L-k + Y),求得相關(guān)值,其中,corr_result (η)為第 η

1-:Q個輸入米樣點(diǎn)r (η)的相關(guān)值，η為正整數(shù)；ρ為本地已知符號序列；sign表不取符號位，L為符號長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述峰值檢測器包括絕對值模塊、峰值檢測模塊和峰值門限模塊，其中: 絕對值模塊，用于將接收的相關(guān)值絕對值化； 峰值門限模塊，用于存儲預(yù)設(shè)峰值門限； 峰值檢測模塊，將絕對值化后的相關(guān)值與預(yù)設(shè)峰值門限比較，若相關(guān)值大于門限，保存峰值Peak_value,然后在一個符號窗口內(nèi)搜索更新峰值，若窗口最后一個米樣點(diǎn)之前出現(xiàn)了更大的峰值，更新峰值Peak_value，并在一個新的符號窗口內(nèi)搜索新的峰值，否則，若窗口最后一個采樣點(diǎn)的相關(guān)值小于預(yù)設(shè)峰值門限，復(fù)位保存的峰值Peak_Value，并重新檢測；若大于門限，該點(diǎn)為一個符號的最后一個采樣點(diǎn)，便確定了符號同步位置，亦可再檢測若干個符號后才確定符號同步的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)峰值門限，是基于本地序列絕對值的累加和的小數(shù)倍，結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)，小數(shù)倍的值取2的負(fù)冪次的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述幀同步模塊包括依次連接的緩存器、FFT模塊、均值模塊、相位差計算模塊和判決模塊，F(xiàn)FT模塊和相位差計算模塊相接，其中: 緩存器，用于緩存一個完整的符號； FFT模塊，用于實(shí)現(xiàn)緩存符號的時域到頻域的變換，將得到的當(dāng)前符號FFT變換值分別傳給所述均值模塊和相位差計算模塊； 均值模塊，用于計算當(dāng)前符號FFT結(jié)果的平均值并實(shí)現(xiàn)存儲，把存儲更新之前的值傳給所述的相位差計算模塊； 相位差計算模塊，用于計算當(dāng)前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和；判決模塊，用于將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較，若累加和小于預(yù)設(shè)判決門限， 則確定幀同步的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述均值模塊包括第二加法器和第二存儲器，其中: 第二加法器，用于計算所述FFT模塊的當(dāng)前輸出與所述第二存儲器中的對應(yīng)數(shù)據(jù)的加法，結(jié)果輸出給所述第二存儲器； 第二存儲器，一方面，將其存儲的當(dāng)前符號更新之前的值給所述相位差計算模塊；另一方面，將當(dāng)前符號FFT變換值與其存儲的值通過所述第二加法器對應(yīng)相加后覆蓋存儲，得到新的符號頻域均值，該存儲器初始化為O。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述相位差計算模塊包括取共軛模塊、乘法器、取實(shí)部的符號位單元和累加模塊，其中: 取共軛模塊，對輸入信號取共軛運(yùn)算，結(jié)果給所述乘法器； 乘法器，用于將接收的符號頻域均值取共軛后的值與當(dāng)前符號FFT變換值相乘，得到復(fù)數(shù)乘積； 取實(shí)部的符號位單元，用于對所述乘法器輸出的復(fù)數(shù)乘積取實(shí)部的符號位； 累加模塊，用于將各個實(shí)部的符號位累加后輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多載波同步系統(tǒng)，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)判決門限為O。
12.—種多載波同步方法，應(yīng)用于OFDM多載波系統(tǒng)，其特征在于，所述同步方法包括: 符號同步步驟，將輸入信號均值濾波后，取符號位與本地序列進(jìn)行自相關(guān)計算，得到的相關(guān)值與預(yù)設(shè)峰值門限比較，檢測峰值并更新，若檢測到連續(xù)若干個等窗口間隔的峰值，該峰值點(diǎn)為符號同步位置；以及 幀同步步驟，根據(jù)符號同步位置，計算當(dāng)前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，并將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的均值濾波指:對連續(xù)N個符號取均值，N為正整數(shù)且N≤2。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多載波同步方法，其特征在于，每個符號的長度為L，所述的對連續(xù)N個符號取均值，指:當(dāng)前采樣點(diǎn)輸入信號與之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個米樣點(diǎn)累加后輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的取符號位指:輸入大于O時輸出1，輸入小于O時輸出-1，輸入等于O時輸出O,輸入指均值濾波的輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的相關(guān)計算指:通過公

￡-1式eorr_rew//(H) = ^stgn(r(n — k))*p(L-k + l),求得相關(guān)值；其中 ，corr—result (η)為第

k=0η個輸入采樣點(diǎn)r (η)的相關(guān)值，η為正整數(shù)；ρ為本地已知符號序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的峰值檢測包括: 步驟a，當(dāng)前相關(guān)值與預(yù)設(shè)峰值門限比較，若相關(guān)值大于預(yù)設(shè)峰值門限，保存峰值Peak-value,啟動峰值搜索步驟b； 步驟b,在一個窗口內(nèi)搜索更新峰值,窗口長度等于一個符號長度，若窗口最后一個米樣點(diǎn)之前出現(xiàn)了更大的峰值，更新峰值Peak_value,并在一個新的窗口內(nèi)搜索新的峰值，否則，若窗口最后一個采樣點(diǎn)的相關(guān)值小于預(yù)設(shè)峰值門限，復(fù)位保存的峰值Peak_value，回到步驟a;若大于預(yù)設(shè)峰值門限，該點(diǎn)為一個符號的最后一個采樣點(diǎn)，便確定了符號同步位置； 步驟C，重復(fù)步驟b，再檢測若干個符號后才確定符號同步的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)的峰值門限，是基于本地序列絕對值的累加和的小數(shù)倍，結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)，小數(shù)倍的值取2的負(fù)冪次的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的幀同步步驟包括: 步驟SI，基于符號同步，緩存一個符號進(jìn)行FFT處理，得到第一符號FFT變換值； 步驟S2，將第一符號FFT變換值與預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)對應(yīng)相加，得到符號頻域均值并覆蓋存儲； 步驟S3，緩存下一個符號進(jìn)行FFT處理，得到第二符號FFT變換值； 步驟S4，將符號頻域均值取共軛后與第二符號FFT變換值相乘，然后取實(shí)部的符號位累加，得到累加和； 步驟S5，將第二符號FFT變換值與存儲的符號頻域均值對應(yīng)相加，得到符號新的頻域均值并覆蓋存儲； 步驟S6，將累加和與預(yù)設(shè)判決門限比較并判決，若累加和小于預(yù)設(shè)判決門限，則確定幀同步的位置，若大于，返回步驟S3。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多載波同步方法，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)判決門限為O。
【文檔編號】H04L27/26GK103475621SQ201310451521
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】王紅美, 尹汝潑 申請人:上海貝嶺股份有限公司