本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)，特別是涉及一種通信定時同步方法及裝置。

背景技術(shù)：

LTE(Long Term Evolution，長期演進(jìn))是基于OFDMA技術(shù)、由3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，包括FDD和TDD兩種模式用于成對頻譜和非成對頻譜。LTE上行采用的SC-FDMA(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access，單載波頻分地址)具體采用DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM)技術(shù)來實現(xiàn)，該技術(shù)是在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))的IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里葉逆變換)調(diào)制之前對信號進(jìn)行DFT(Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換)擴展，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時域信號，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號帶來的PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)問題。同步過程在無線通信系統(tǒng)中至關(guān)重要，一旦同步誤差超出容忍范圍或同步失效，數(shù)據(jù)的解調(diào)譯碼的性能將大幅度降低，甚至通信失敗。精確的定時同步是DFT-S-OFDM傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)條件。在無線通信領(lǐng)域，衰落是指由于信道的變化導(dǎo)致接收信號的幅度發(fā)生隨機變化的現(xiàn)象，即信號衰落。導(dǎo)致信號衰落的信道被稱作衰落信道。最近幾年，出現(xiàn)了較多關(guān)于定時同步的研究成果，典型的有最大似然(maximum likelihood，ML)法，匹配濾波法(Matched Filter)，相關(guān)同步法等，這些方法各自有各自的使用場景和優(yōu)缺點，主要適用于AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪聲)信道，對于衰落信道卻幾乎不能適用。

鑒于此，如何找到一種在衰落信道中也適用的定時同步方案就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種通信定時同步方法及裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中DFT-S-OFDM下定時同步方案在衰落信道中不能適用的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種通信定時同步方法，應(yīng)用于DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，所述通信定時同步方法包括：獲取發(fā)送信號經(jīng)衰落信道N條徑上的接收信號矢量和所述發(fā)送信號是歸一化的N點采樣復(fù)信號，即 有N為2的整次冪；逐點計算N個發(fā)送接收信號的互相關(guān)值為發(fā)送信號x_i的共軛，確定所述互相關(guān)值中的最大互相關(guān)值R_yx(j)；為接收信號y_i的共軛，根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近的值與接收信號的自相關(guān)值計算得到檢驗統(tǒng)計量，所述檢驗統(tǒng)計量用于確定相關(guān)定時同步的閾值，從而確定通信幀的起始點。

可選地，所述檢驗統(tǒng)計量的計算方法包括：根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近15個值的累加和與自相關(guān)值做除運算，檢驗統(tǒng)計量為發(fā)送信號y_i的共軛。

可選地，所述通信幀包括數(shù)據(jù)幀或控制幀；所述通信幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號、循環(huán)前綴和數(shù)據(jù)部分；所述控制幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號和數(shù)據(jù)部分。

可選地，所述前導(dǎo)符號采用相關(guān)性能優(yōu)越的偽隨機序列。

可選地，所述前導(dǎo)符號的長度為1024。

本發(fā)明還提供一種通信定時同步裝置，應(yīng)用于DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，所述通信定時同步裝置包括：用于獲取發(fā)送信號經(jīng)衰落信道N條徑上的接收信號所述發(fā)送信號是歸一化的N點采樣復(fù)信號，有N為2的整次冪；最大互相關(guān)值確定單元，用于逐點計算發(fā)送信號與接收信號的互相關(guān)值為發(fā)送信號x_i的共軛，確定所述互相關(guān)值中的最大互相關(guān)值R_yx(j)；檢驗統(tǒng)計量計算單元，用于根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近的值與接收信號自相關(guān)值計算得到檢驗統(tǒng)計量，所述檢驗統(tǒng)計量用于確定相關(guān)定時同步的閾值，從而確定通信幀的起始點。

可選地，根據(jù)所述最大互相關(guān)值檢驗統(tǒng)計量的計算方法包括：根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近15個值的累加和與接收信號自相關(guān)值做除運算，檢驗統(tǒng)計量為接收信號y_i的共軛。

可選地，所述通信幀包括控制幀和數(shù)據(jù)幀；所述通信幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號、循環(huán)前綴 和數(shù)據(jù)部分。

可選地，所述前導(dǎo)符號采用相關(guān)性能優(yōu)越的偽隨機序列。

可選地，所述前導(dǎo)符號的長度為1024。

如上所述，本發(fā)明的一種通信定時同步方法及裝置，具有以下有益效果：能夠確定DFT-S-OFDM通信系統(tǒng)在衰落信道中定時同步的檢驗統(tǒng)計量的閾值，進(jìn)而根據(jù)所述閾值確定通信幀的起始點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的定時同步。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的通信定時同步方法的一實施例的流程示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的通信定時同步裝置的一實施例的模塊示意圖。

圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)的在AWGN信道環(huán)境下的累積分布函數(shù)的CDF曲線示意圖。

圖4顯示為現(xiàn)有技術(shù)的在衰落信道環(huán)境下的累積分布函數(shù)的CDF曲線示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的通信定時同步方法在衰落信道環(huán)境下的一實施例的CDF曲線示意圖。

元件標(biāo)號說明

1 通信定時同步裝置

11 相關(guān)信號獲取單元

12 最大互相關(guān)值確定單元

13 檢驗統(tǒng)計量計算單元

S1～S3 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明提供一種通信定時同步方法，應(yīng)用于DFT-S-OFDM系統(tǒng)中。離散傅立葉變化擴展的 正交頻分復(fù)用(DFT-S-OFDM)技術(shù)已被3GPP采用，是一種單載波調(diào)制技術(shù)。作為長期演進(jìn)項目(LTE)的上行調(diào)制方案，具有峰均比(PAPR)低等優(yōu)勢，這樣在上行鏈路功放要求相同的情況下，提高了上行鏈路的功率效率，擴大了信號的覆蓋范圍，同時有利于用戶終端的硬件實現(xiàn)。同步過程在無線通信系統(tǒng)中至關(guān)重要，一旦同步誤差超出容忍范圍或同步失效，數(shù)據(jù)的解調(diào)譯碼的性能將大幅度降低，甚至通信失敗。精確的定時同步是DFT-S-OFDM傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)條件，本發(fā)明的定時同步方法是建立在輔助序列的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，且應(yīng)用場景比較惡劣，能適應(yīng)高速運動引起的多普勒頻移。上行鏈路包含控制鏈路和數(shù)據(jù)鏈路。對于數(shù)據(jù)鏈路，發(fā)送端首先將輸入的數(shù)據(jù)比特流經(jīng)過MPSK(Multiple Phase Shift Keying，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制，又稱多相制)調(diào)制成星座符號，接著進(jìn)行M點的DFT變化，子載波映射，再進(jìn)行N點(N>M)的IFFT變化(這里DFT-S-OFDM的子載波映射時做了2倍上采樣，因而N＝2*M)，添加循環(huán)前綴CP。對于控制鏈路，同樣進(jìn)行DFT，子載波映射和IFFT變化生成DFT-S-OFDM符號，但不添加循環(huán)前綴，最后進(jìn)行組幀在一個實施例中，如圖1所示，所述通信定時同步方法包括：

步驟S1，獲取發(fā)送信號經(jīng)衰落信道N條徑上的接收信號矢量和所述發(fā)送信號是歸一化的N點采樣復(fù)信號，即有N為2的整次冪。接收信號是N條徑(發(fā)送信號按照天線方向向空間發(fā)射，傳播方式有直射，散射，反射，導(dǎo)致接收機接收來自不同方向的多徑信號)的時域累加信號和。

步驟S2，逐點計算本地序列(發(fā)送信號)與接收信號的互相關(guān)值接收信號的自相關(guān)值其中為發(fā)送信號x_i的共軛，為接收信號y_i的共軛，確定所述互相關(guān)值中的最大互相關(guān)值R_yx(j)。以上逐點計算的原理包括：每個終端在發(fā)送信號時候，前面的控制幀是按照終端里面的序號發(fā)生器產(chǎn)生的一樣的序列，如這里的偽隨機序列，長度為N＝1024(復(fù)信號)；然后進(jìn)行DFT-S-OFDM調(diào)制變化，與數(shù)據(jù)幀進(jìn)行組幀后發(fā)送，發(fā)送到空間傳播時候，會經(jīng)過幅度衰減，時間延遲，頻率偏移等變化，所以接收到的信號就是與發(fā)送信號有差異的。我們首先要檢測信號，做的第一步就是同步，怎么同步，用接收端的終端，產(chǎn)生的偽隨機信號(和發(fā)送終端一樣)經(jīng)過DFT-S-OFDM調(diào)制變化，所得到的這個本地序列與發(fā)送信號的前端信號相同，故也可以認(rèn)為是發(fā)送信號x。將本地所得到的發(fā)送信號與接收信號做長度為N＝1024的相關(guān)運算；因為接收的信號長度不止控制幀的長度， 所以首先假設(shè)本地偽隨機序列(與發(fā)送信號的控制幀是一樣的)與接收信號幀頭的第一位復(fù)信號對齊了，這樣做一次相關(guān)運算，其實是做了1024次復(fù)信號相乘，然后再累加，最后做均值除以1024.這樣，算出來的才是一個相關(guān)值(第1個)。然后將本地的偽隨機序列與幀頭的第二位復(fù)信號對齊了，同樣做這樣的運算，這時，參與運算的接收信號1024長的最后一個點很有可能是后面的CP(64長)，但是和偽隨機序列沒有相關(guān)性，所以算出來的相關(guān)值會很小(第2個)。繼續(xù)，再與第三位對齊計算……逐次做這樣的運算，共1024次，在計算得到的這些互相關(guān)值(共1024個)中比較選出互相關(guān)值中的最大值作為最大互相關(guān)值R_yx(j)，即假定計算得到的第j個互相關(guān)值為最大互相關(guān)值。

步驟S3，根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近的值與接收信號的自相關(guān)值計算得到檢驗統(tǒng)計量，所述檢驗統(tǒng)計量用于確定相關(guān)定時同步的閾值，從而確定通信幀的起始點。在一個實施例中，所述檢驗統(tǒng)計量的計算方法包括：根據(jù)所述最大互相關(guān)值附近15個值的累加和與自相關(guān)值做除運算，檢驗統(tǒng)計量為接收信號y_i的共軛。所述通信幀包括控制幀和數(shù)據(jù)幀；所述通信幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號、循環(huán)前綴和數(shù)據(jù)部分。在一個實施例中，所述前導(dǎo)符號采用具有良好的互相關(guān)性和自相關(guān)性的偽隨機序列。所述前導(dǎo)符號的長度可以為1024，512，256等。

本發(fā)明還提供一種通信定時同步裝置，應(yīng)用于DFT-S-OFDM系統(tǒng)中。在一個實施例中，如圖2所示，所述通信定時同步裝置1包括相關(guān)信號獲取單元11、最大互相關(guān)值確定單元12以及檢驗統(tǒng)計量計算單元13。其中：

相關(guān)信號獲取單元11用于獲取發(fā)送信號經(jīng)衰落信道N條徑上的接收信號所述發(fā)送信號是歸一化的N點采樣復(fù)信號，有N為2的整次冪。接收信號是N條徑(發(fā)送信號按照天線方向向空間發(fā)射，傳播方式有直射，散射，反射，導(dǎo)致接收機接收來自不同方向的多徑信號)的時域累加信號和。

最大互相關(guān)值確定單元12與相關(guān)信號獲取單元11相連，用于逐點計算發(fā)送接收信號的互相關(guān)值為發(fā)送信號x_i的共軛，確定所述互相關(guān)值中的最大互相關(guān)值R_yx(j)。

檢驗統(tǒng)計量計算單元13與最大互相關(guān)值確定單元12相連，用于根據(jù)所述最大互相關(guān)值 附近的值與接收信號自相關(guān)值計算得到檢驗統(tǒng)計量，所述檢驗統(tǒng)計量用于確定相關(guān)定時同步的閾值，從而確定通信幀的起始點。在一個實施例中，所述檢驗統(tǒng)計量的計算方法包括：檢驗統(tǒng)計量為發(fā)送信號y_i的共軛。所述通信幀包括數(shù)據(jù)幀或控制幀；所述通信幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號、循環(huán)前綴和數(shù)據(jù)部分；所述控制幀的結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)符號和數(shù)據(jù)部分。在一個實施例中，所述前導(dǎo)符號采用具有良好的互相關(guān)性和自相關(guān)性的偽隨機序列。所述前導(dǎo)符號的長度可以為1024，512，256等。

為了與本發(fā)明相比較，在現(xiàn)有技術(shù)中有一種類相關(guān)同步統(tǒng)計算法，發(fā)射機的發(fā)送信號是歸一化的N點采樣復(fù)信號，有經(jīng)過高斯白噪聲AWGN信道和衰落信道，接收信號為從而，給出假設(shè)檢驗問題：

其中，h是信道沖激響應(yīng)，和是均值為零，方差分別為的N點高斯白噪聲。從而給出假設(shè)檢驗統(tǒng)計量如下公式：

為了得到接收信號相關(guān)峰值比的門限值，我們根據(jù)不同SNR(Signal Noise Ratio信噪比，信號噪聲比)場景畫出在AWGN信道環(huán)境下的累積分布函數(shù)的CDF(cumulative distribution function，累積分布函數(shù))曲線，如下圖3所示，而SNR信噪比定義為，這里不失一般性，假設(shè)h＝1。然而，這個假設(shè)檢驗統(tǒng)計量有兩個弊端，一是高速運動導(dǎo)致的多普勒頻偏會大幅降低系統(tǒng)的工作點準(zhǔn)確同步上信號的幀頭，工作點指：通信鏈路系統(tǒng)能正常通信的最低信噪比，本方案中即接收機在該最低信噪比時，能在容忍概率下(如通信10e6次，有100次不能同步上的比例)。如下圖4所示，加入6KHz的多普勒頻偏，工作點直降至少15dB；由于在0db-5db-10dB時候的虛警，漏警線完全重疊在一起；5dB時候已經(jīng)基本無法區(qū)分虛警漏警線，因此圖4給出的是5db 0db-5db時的CDF曲線，這與圖3，差不多就相差了15個dB，即性能驟降15dB。二是沖激響應(yīng)函數(shù)是時不變的，即沖激響應(yīng)函數(shù)是不隨時間的變化而變化。從 圖中可以看出，對于衰落信道而言，假設(shè)檢驗統(tǒng)計量幾乎不能適用。圖3和圖4中，橫軸x是無量綱常數(shù)，從0到1；縱軸是U<＝x的概率。假設(shè)條件H0表示未發(fā)送信號，接收機接收的全部是噪聲；假設(shè)條件H1表示發(fā)送信道經(jīng)過信道再加上高斯白噪聲是接收機的接收信號。工作點的設(shè)置分別為0dB，-5dB，-10dB。

在一個實施例中，本發(fā)明的同步頭(前導(dǎo)符號)采用相關(guān)性能優(yōu)越的偽隨機序列(優(yōu)點：有良好的互相關(guān)性和自相關(guān)性)，長度為1024點，經(jīng)DFT變化，子載波集中映射，再做長度為2048的IFFT變化。和數(shù)據(jù)序列按照同步前導(dǎo)(Preamble)+CP+數(shù)據(jù)流(Data)的幀格式進(jìn)行組幀之后進(jìn)行發(fā)射。

針對衰落信道，假設(shè)檢驗統(tǒng)計量U幾乎不能適用的問題，現(xiàn)對假設(shè)檢驗統(tǒng)計量進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。當(dāng)通信信道是衰落信道時，接收信號是N條徑(發(fā)送信號按照天線方向向空間發(fā)射，傳播方式有直射，散射，反射，導(dǎo)致接收機接收來自不同方向的多徑信號)的時域累加信號和，(ai：是信號衰減系數(shù)；xi：發(fā)送信號；t：時間；τ：延遲時間；j：復(fù)信號的虛部，θ_i：多普勒相偏；w_i：高斯白噪聲)，每個點的值將發(fā)生隨機變化，做互相關(guān)運算，峰值點將不能再被預(yù)估。仿真也發(fā)現(xiàn)，假設(shè)檢驗統(tǒng)計量U0/U1(U0：假設(shè)條件H0時候的U；U1：假設(shè)條件H1時候的U；U的取值：漏警概率P_M為0時候，虛警概率P_F及其小(如P_F＝10e-6)時候的x，見CDF圖，H1條件的漏警概率為0，虛警概率也為0(即等效于H0條件的虛警概率為1)的x的值。漏警概率：指接收信號中本就含有發(fā)送信息，卻被高閾值濾掉的概率。虛警概率：指接收信號中本就未含發(fā)送信息，卻高于閾值而被誤判為發(fā)送的有效信息的概率)將不再收斂于某一個值，從而斷定統(tǒng)計量不再適用于多徑的情況。若將接收信號與本地碼的互相關(guān)值中的主徑峰值取出，假設(shè)問題再進(jìn)行統(tǒng)計，自然可取閾值。然而，實際應(yīng)用中難以取到主徑峰值，所以，考慮到數(shù)據(jù)段前面有CP保護，這里取互相關(guān)值的最大峰值(峰值點位置設(shè)定為max_index)(Xi*：發(fā)送信號Xi的共軛。峰值確定：比較這N個互相關(guān)值R_yx的大小，取最大的那個值，仿真工具matlab中直接調(diào)用庫函數(shù)max()即可。)附近15個樣值點進(jìn)行累加處理，從而提高低信噪比下的U值，得到如下式：

這里j＝max_index。

為了驗證發(fā)明的假設(shè)檢驗統(tǒng)計量的性能，利用工具M(jìn)atlab在衰落信道，不同信噪比場景下進(jìn)行了仿真。仿真參數(shù)設(shè)置如下表所示：

采用Jakes信道模型，自定義了4條徑，時延分別是0、0.2*e-6、0.4*e-6和0.6*e-6，單位是秒；路徑能量損耗分別是0dB、-2dB、-10dB和-20dB；多普勒頻偏是-6KHz。仿真結(jié)果圖形見圖5。

通過對比圖4與圖5，可以看出采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠解決衰落信道的門限問題，從而可以得到一個工作在低信噪比(-10dB)且多普勒頻移高達(dá)6000Hz的惡劣環(huán)境下的定時同步假設(shè)檢驗統(tǒng)計量U。這樣，DFT-S-OFDM的通信接收機利用前導(dǎo)符號(前導(dǎo)符號采用相關(guān)性比較好的偽隨機序列，偽隨機序列是具有某種隨機特性的確定的序列，它們是由移位寄存器產(chǎn)生，具有良好的互相關(guān)性，又有良好的自相關(guān)性。本發(fā)明中的U的分子做了互相關(guān)運算，而分母做了自相關(guān)運算。)的統(tǒng)計相關(guān)特性，進(jìn)行串行滑動相關(guān)(因為接收機的本地偽隨機序列與發(fā)射機的偽隨機序列是一樣的，長度均為1024；要找出發(fā)送的前導(dǎo)符號的幀頭，接收機做相關(guān)運算時是將本地序列串行滑動著逐點與接收信號做相關(guān))運算，將計算出來的1024個值與閾值U進(jìn)行比較，超過閾值U，則能判定為前導(dǎo)符號的起始點，達(dá)到同步目標(biāo)。之后根據(jù)幀結(jié)構(gòu)去除前導(dǎo)符號的長度和循環(huán)前綴CP的長度，提取有效信息進(jìn)行解碼，獲取準(zhǔn)確的發(fā)送信息。

綜上所述，本發(fā)明的一種通信定時同步方法及裝置，具有以下有益效果：能夠確定DFT-S-OFDM在衰落信道中定時同步中檢驗統(tǒng)計量的值，進(jìn)而根據(jù)所述檢驗統(tǒng)計量確定通信幀的起始點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的定時同步能夠確定DFT-S-OFDM通信系統(tǒng)在衰落信道中定時同步的檢驗統(tǒng)計量的閾值，進(jìn)而根據(jù)所述閾值確定通信幀的起始點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的定時同步。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等 效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。