本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步方法及系統(tǒng)。

背景技術：

正交頻分復用(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術作為一種有效的寬帶傳輸技術，是利用并行傳輸來提高通信數(shù)據(jù)傳輸速率的一種移動通信技術。目前在通訊領域備受關注，在無限局域網(wǎng)、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字視頻廣播等領域都得到了廣泛應用。

該技術的基本思想是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總得信道不是平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此能夠給大大消除信號波形間的干擾。OFDM相對于一般多載波傳輸?shù)牟煌幨撬试S子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波間相互正交，就可以從混疊的子載波上分離出數(shù)據(jù)信號。

由于OFDM允許子載波頻譜混疊，其頻譜效率大大提高，同時，該技術還具有抗多徑干擾及碼間串擾、信道估計及均衡實現(xiàn)容易、系統(tǒng)實現(xiàn)復雜度低等優(yōu)點；但是相對于單載波，OFDM對各個子載波之間的正交性要求格外嚴格，任何一點小的載波頻偏都會破壞子載波之間的正交性，引起子載波干擾(ICI：Inter Carrier Interference)；同樣，相位噪聲也會導致碼元星座點的旋轉、擴散，從而形成ICI。因此，OFDM信號處理中能否實現(xiàn)較為精確的時頻同步估計是影響OFDM信號接收性能的關鍵因素。

而在傳統(tǒng)的OFDM時頻同步方法中采用了較多的乘法器和寄存器資源，極大提高了算法的復雜度；所以，如何避免使用高位數(shù)乘法器資源，降低算法實現(xiàn)復雜度是本領域需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中使用高位數(shù)乘法器資源和算法復雜度較高的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步方法，方法的步驟如下：

S1、在發(fā)射端產(chǎn)生兩段相同的ZC訓練序列，并添加循環(huán)前綴CP；

S2、在接收端采用延遲自相關同時進行時間同步和頻率同步，并將同步結果輸出。

所述的S2包括時間同步步驟、頻率同步步驟和同步結果輸出步驟。

所述的時間同步步驟的具體步驟如下：

S211、時間同步步驟接收到時頻同步序列，通過去符號位法對時頻同步序列1bit量化，并進行延遲自相關和取模運算；

S212、將延遲自相關和取模運輸?shù)妮敵鲞M行門限判決；

S213、門限判決輸出時間同步使能信號并送入到頻率同步步驟。

所述頻率同步步驟的具體步驟如下：

S221、頻率同步步驟接收到時頻同步序列，通過取相位差求出兩段序列的相位差；

S222、將求出的相位差通過取相角轉化為相角，并進行相角緩存；

S223、根據(jù)時間同步步驟中的門限判決輸出的時間同步使能信號，取出訓練序列的相角并輸出正余弦波形；

S224、將頻偏估計值送入到同步結果輸出步驟。

所述的同步結果輸出步驟的具體步驟如下：

S231、同步結果輸出步驟接收到時頻同步序列，并進行數(shù)據(jù)緩存；

S232、將頻率同步步驟輸出的頻偏估計值和數(shù)據(jù)通過復數(shù)乘法器做頻偏補償；

S233、輸出時頻同步結果。

所述的延遲自相關包括如下子步驟：

A1、將信號延遲N/2個clock；

A2、對延遲后的信號做共軛乘法運算；

A3、根據(jù)共軛乘法運算后的結果進行滑窗求和。

所述的滑窗求和的計算公式如下：

令兩段訓練序列長度均為1024；

當P₁＝0時，P_N＝a_N+1023-a_N-1。

一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；所述的發(fā)射端用于產(chǎn)生兩段相同的ZC訓練序列；所述的接收端用于將時頻信號和頻率信號進行同步。

所述的接收端包括時間同步單元、頻率同步單元和同步結果輸出單元；

所述的時間同步單元用于接收時頻同步序列，輸出時間同步使能信號；

所述的頻偏估計單元用于接收時頻同步序列，得到頻偏估計值；

所述的同步結果輸出單元用于輸出同步后的時間信號和頻率信號。

本發(fā)明的有益效果是：一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步方法及系統(tǒng)，在低信噪比條件下，相比于1bit量化前，時間同步性能無明顯下降，時間同步和頻率同步對同一段訓練序列操作，減少了同步序列長度，時間同步性能優(yōu)良。其具有降低算法復雜度、節(jié)約乘法器、寄存器資源、算法更容易實現(xiàn)和可以克服大頻偏的信道環(huán)境等特點。

附圖說明

圖1為訓練序列框圖；

圖2為時頻同步流程圖；

圖3為取模運輸框圖；

圖4為延遲自相關框圖；

圖5為滑窗求和框圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步方法，方法的步驟如下：

S1、在發(fā)射端產(chǎn)生兩段相同的ZC訓練序列，并添加循環(huán)前綴CP；

S2、在接收端采用延遲自相關同時進行時間同步和頻率同步，并將同步結果輸出。

如圖2和圖3所示，所述的S2包括時間同步步驟、頻率同步步驟和同步結果輸出步驟。

所述的時間同步步驟的具體步驟如下：

S211、時間同步步驟接收到時頻同步序列，通過去符號位法對時頻同步序列1bit量化，并進行延遲自相關和取模運算；

S212、將延遲自相關和取模運輸?shù)妮敵鲞M行門限判決；

S213、門限判決輸出時間同步使能信號并送入到頻率同步步驟。

所述頻率同步步驟的具體步驟如下：

S221、頻率同步步驟接收到時頻同步序列，通過取相位差求出兩段序列的相位差；

S222、將求出的相位差通過取相角轉化為相角，并進行相角緩存；

S223、根據(jù)時間同步步驟中的門限判決輸出的時間同步使能信號，取出訓練序列的相角并輸出正余弦波形；

S224、將頻偏估計值送入到同步結果輸出步驟。

所述的同步結果輸出步驟的具體步驟如下：

S231、同步結果輸出步驟接收到時頻同步序列，并進行數(shù)據(jù)緩存；

S232、將頻率同步步驟輸出的頻偏估計值和數(shù)據(jù)通過復數(shù)乘法器做頻偏補償；

S233、輸出時頻同步結果。

如圖4所示，所述的延遲自相關包括如下子步驟：

A1、將信號延遲N/2個clock；

A2、對延遲后的信號做共軛乘法運算；

A3、根據(jù)共軛乘法運算后的結果進行滑窗求和。

如圖5所示，所述的滑窗求和的計算公式如下：

令兩段訓練序列長度均為1024；

當P₁＝0時，P_N＝a_N+1023-a_N-1，為了保證訓練序列長度為1024，所以，當進行滑窗求和時，每當加上了一個數(shù)后，就需要減去最開始的第一個數(shù)。

一種低復雜度的高速OFDM信號時頻同步系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；所述的發(fā)射端用于產(chǎn)生兩段相同的ZC訓練序列；所述的接收端用于將時頻信號和頻率信號進行同步。

所述的接收端包括時間同步單元、頻率同步單元和同步結果輸出單元；所述的時間同步單元用于接收時頻同步序列，輸出時間同步使能信號；所述的頻偏估計單元用于接收時頻同步序列，得到頻偏估計值；所述的同步結果輸出單元用于輸出同步后的時間信號和頻率信號。

優(yōu)選地，共軛乘法器可以采用查找表的方法實現(xiàn)，其中共軛乘法器查找表如表1所示：

共軛乘法器查找表表1

優(yōu)選地，取模運算采用2bit查找表方法實現(xiàn)，其查找表如表2所示：

共軛乘法器查找表表2

優(yōu)選地，時頻同步的流程如下：

(1)通過取符號位方法對時頻同步序列1bit量化；

(2)將信號延遲N/2個clock做共軛乘法運算和取模運算后進行滑窗求和；

(3)門限判決，延遲自相關和取模運算的比值為兩段訓練序列的相關系數(shù)，根據(jù)相關系數(shù)確定門限，然后輸出時間同步使能信號并且送入到頻率同步步驟中；

(4)通過延遲自相關算法取兩段訓練序列的相位差，由于頻率同步步驟中由于頻率同步信號沒有1bit量化，共軛乘法器需要使用乘法器資源，其他部分與延遲自相關算法相同；

(5)根據(jù)相位差求出相角；

(6)根據(jù)時間同步使能信號找到訓練序列處的相角；

(7)正余弦波形輸出，根據(jù)輸入的相角，利用數(shù)字信號發(fā)生器生成頻率補償?shù)恼嘞也?，并送入到同步結果輸出步驟；

(8)數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)緩存等待時頻同步處理完成，因此，數(shù)據(jù)的緩存深度為時頻同步的處理時間，訓練序列深度為訓練序列長度N，計算滑窗求和和共軛乘法器的時延之和；

(9)將頻偏估計輸出的正余弦波與緩存數(shù)據(jù)做復數(shù)乘法運算，補償頻偏；

(10)將正余弦波形的使能信號延遲一個乘法器，時延作為同步結果輸出的使能信號與(9)中補償頻偏后的數(shù)據(jù)同步輸出，作為時頻同步的結果輸出。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。