一种分布式MIMO-OFDM定时同步快速相关算法制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于分布式MIMO‑OFDM定时同步快速相关运算的算法，包括：(1)基于传统的CAZAC序列的定时同步方法，提出一种降低运算复杂度，提高分布式MIMO‑OFDM定时同步效率的算法，尤其针对于用户数较多的系统，效果更加明显；(2)在降低运算复杂度的同时不会以消耗定时同步准确性为代价，该方法既能保证定时同步的准确性又可以提高时间效率。(3)改善传统算法在多径信道环境下无法准确估计第一径位置的问题，提出了一种适用于多径衰落信道的MIMO‑OFDM系统的定时同步算法，该算法无论在加性高斯白噪声(AWGN)信道下还是多径信道下都能具有良好的同步性能。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式MIMO-OFDM定时同步快速相关算法
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种基于CAZAC序列分布式MIMO-OFDM系统定时同步方法。
技术介绍
随着互联网的迅猛发展，多输入多输出(MIMO)系统和正交频分复用(OFDM)技术的结合存在诸多优点，而且MIMO-OFDM是下一代移动通信系统的关键技术，MIMO-OFDM技术可以极大地提高频谱利用率、信道容量和传输的可靠性，因此受到越来越多的关注。为了进一步提高无线通信系统的系统容量，分布式MIMO系统被提出，它的发射天线分布于不同的地理位置而接收天线集中与相同的地理位置，或者发射天线和接收天线均分布于不同的地理位置。分布式MIMO系统以其高容量、低功耗、更好地覆盖、开放式的结构、易扩展、组网灵活等优点，成为了第四代移动通信系统的显著特征之一。信号同步(包括定时同步和采样频率同步)是OFDM技术的难点之一。分布式MIMO-OFDM对于定时偏差非常敏感，由于定时偏差导致信号在频域上产生相位的旋转，这些偏差会造成系统的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)，还会引起天线间干扰(MAI)。因此，对于分布式MIMO-OFDM定时同步估计尤为重要。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种高精度、低复杂度，适用于多径信道的的基于CAZAC序列的定时同步方法。为了实现上述目的，本专利技术提出的方法具体步骤如下：S1.在发送端各个发射天线端口分别插入不同根值的CAZAC同步序列；S2.将各个发送端的CAZAC同步序列si(k)与已知的时域信道响应hi(l)分别作卷积运算得s′i(k)；S3.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数作FFT变换记为R(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L作FFT变换记为S′i(k)，其中i代表发送端的端号；S4.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数，将r(k)取绝对值后作FFT变换记为T(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L后取绝对值后作FFT变换记为Ui(k)，其中i代表发送端的端号；S5.分别将不同发送端得到的S′i(k)与R(k)作点乘运算后作IFFT变换后取绝对值记为M(k)；S6.分别将不同发送端得到的Ui(k)与T(k)作点乘运算后作IFFT变换后记为N(k)；S7.分别对于每个的发送端作由于利用了接收端m个OFDM符号，因此对于每一个发送端可以得到m个峰值，计算峰值所在符号内的子载波数，并求平均值降低噪声的影响，得到最终估计值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术提供的方法，克服WPS算法无法区分不用发送端相关峰值的问题，同时与UPSP算法相比，计算的复杂度大大降低，提高定时同步估计的效率。2)本专利技术提供的方法，从理论上推导出一种能避免重复运算，降低复杂度的算法，在提高运算效率的同时，不以降低估计值准确率为代价，在不同信噪比下都能有非常好的估计效果。3)本专利技术提供的方法，可应用于高子载波数分布式MIMO-OFDM系统下，且在用户数较多的情况下，提高效率越明显，将高子载波数分布式MIMO-OFDM技术的难题变为优势，达到快且准的估计效果。4)本专利技术利用已知的信道响应设计新的同步序列，改善传统算法在多径信道环境下无法准确估计第一径位置的问题，该算法无论在加性高斯白噪声(AWGN)信道下还是多径信道下都能具有良好的同步性能。附图说明图1本专利技术实现流程图图2MIMO-OFDM系统模型图图3CAZAC序列自相关性图图4不同根值的CAZAC序列的互相关性图图5AWGN信道下本专利技术算法与其他算法性能仿真对比图图6多径信道下本专利技术算法与其他算法性能仿真对比图图7本专利技术度量函数归一化幅度值图(AWGN信道，snr＝10dB)图8本专利技术度量函数归一化幅度值图(多径信道，径数10径，snr＝10dB)图9已知信道响应与真实信道响应存在噪声情况下本专利技术性能仿真对比图具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本专利技术提出的方法具体步骤如下：a)在发送端各个发射天线端口分别插入不同根值的CAZAC同步序列；其中，步骤a)的具体做法为：CAZAC序列具有如下特性：(1)恒包络特性：任意长度的CAZAC序列幅值恒定；(2)理想的周期自相关特性：任意CAZAC序列移位n位后，n不是ZC序列的周期的整倍数时，移位后的序列与原序列不相关，且自相关峰值曲线都很尖锐；(3)良好的互相关特性：不同CAZAC根植序列互相关值接近于零，接收端可以较准确地进行相干检测；(4)低峰均比特性：任意CAZAC序列组成的信号，其峰值与其均值的比值很低，可以减小功率放大器非线性失真；(5)傅里叶变换/反傅里叶变换(FFT/IFFT)后为CAZAC序列，具有CAZAC序列的所有性质。CAZAC序列为Zadoff-Chu序列，生成公式如下：其中N为序列长度，k＝0，1，2...N-1，r为根植与N互质的任意正整数。b)将各个发送端的CAZAC同步序列si(k)与已知的时域信道响应hi(l)分别作卷积运算得s′i(k)；其中，步骤b)的具体求法如下：为克服传统算法在多径信道环境下对分布式MIMO-OFDM定时同步无法准确估计出第一径的位置的问题，本专利技术将各个发送端的CAZAC同步序列si(k)与已知的时域信道响应hi(l)分别作卷积运算得s′i(k)＝si(k)*hi(l)；c)取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数作FFT变换记为R(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L作FFT变换记为S′i(k)，其中i代表发送端的端号；其中，步骤c)的具体求法如下：记一个OFDM符号有N个子载波数，由于在不同信噪比下分布式MIMO-OFDM系统定时同步估计，确定每一个发送端发送信号到达接收端的时延，需要多次估计取平均值以降低噪声对估计准确性的影响。设在接收端取m个OFDM符号，共有L＝m*N个子载波数，对该m个OFDM符号作L点FFT变换，公式为：取不同发射天线的得到的序列s′i(k)，设不同发射天线的同步序列为一个符号长度的CAZAC序列则子载波数为N，将其后补零至长度为L作FFT变换，公式为：d)取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数，将r(k)取绝对值后作FFT变换记为T(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L后取绝对值后作FFT变换记为Ui(k)，其中i代表发送端的端号；其中，步骤d)的具体方法如下：e)分别将不同发送端得到的Si(k)与R(k)作点乘运算后作IFFT变换后取绝对值；其中，步骤e)的具体方法如下：由于CAZAC序列良好的自相关特性，以及近似为零的互相关性质，回顾基于CAZAC序列的分布式MIMO-OFDM定时同步方法：可得第i个发送端的定时位置为dexact＝argmax(Ct(x))，按照上述公式(1)重复操作Nt次，其中Nt代表发送端的个数，就可以得到Nt个时延估计值。由公式(1)可知，对于不同发送端，每求一个Ci(x)都要进行一次相关运算，尤其当x的范围较大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式MIMO‑OFDM定时同步快速相关运算算法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在发送端各个发射天线端口分别插入不同根值的CAZAC同步序列；S2.将各个发送端的CAZAC同步序列si(k)与已知的时域信道响应hi(l)分别作卷积运算得s′i(k)；S3.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数作FFT变换记为R(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L作FFT变换记为S′i(k)，其中i代表发送端的端号；S4.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数，将r(k)取绝对值后作FFT变换记为T(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L后取绝对值后作FFT变换记为Ui(k)，其中i代表发送端的端号；S5.分别将不同发送端得到的S′i(k)与R(k)作点乘运算后作IFFT变换后取绝对值记为M(k)；S6.分别将不同发送端得到的Ui(k)与T(k)作点乘运算后作IFFT变换后取绝对值记为N(k)；S7.分别对于每个的发送端作

【技术特征摘要】
1.一种分布式MIMO-OFDM定时同步快速相关运算算法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在发送端各个发射天线端口分别插入不同根值的CAZAC同步序列；S2.将各个发送端的CAZAC同步序列si(k)与已知的时域信道响应hi(l)分别作卷积运算得s′i(k)；S3.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数作FFT变换记为R(k)，并将步骤S2.得到的不同发送端的s′i(k)后补零至子载波数为L作FFT变换记为S′i(k)，其中i代表发送端的端号；S4.取接收端m个OFDM符号r(k)记共有L个子载波数，将r(k)取...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴宪华，唐诗，余宝贤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44