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一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法技术

技术编号:20926085 阅读:20 留言:0更新日期:2019-04-20 11:48
本发明专利技术公开了一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,在OFDM数据符号发送之前先发送一个训练序列,该训练序列在频域所有子载波均发送伪随机实数,则相应的时域训练符号结构具有共轭对称性,FS‑Park同步方法首先用时域训练符号进行定时同步,然后在时域基于循环前缀做小数倍频偏估计,频域利用训练序列的互相关性做整数倍频偏估计,得到总的频偏为整数倍频偏与小数倍频偏的和,完成同步。本发明专利技术设计了一种新的训练序列,以此获得较理想的时域训练符号结构。然后基于该训练序列及其对应的时域训练符号分别进行整数倍和小数倍频偏,并进行定时同步估计。

A Timing and Frequency Synchronization Method Based on Improved Park Frequency Domain Training Sequence

The invention discloses a timing and frequency synchronization method based on an improved Park frequency domain training sequence, which transmits a training sequence before sending OFDM data symbols. The training sequence sends pseudo-random real numbers to all subcarriers in frequency domain, and the corresponding time domain training symbol structure has conjugate symmetry. The FS Park synchronization method first synchronizes with time domain training symbols. Then, the decimal multiple frequency offset is estimated based on cyclic prefix in time domain, and the integer multiple frequency offset is estimated by cross-correlation of training sequence in frequency domain. The total frequency offset is the sum of integer multiple frequency offset and decimal multiple frequency offset, and the synchronization is completed. The invention designs a new training sequence to obtain an ideal time-domain training symbol structure. Then, based on the training sequence and the corresponding training symbols in time domain, integer and decimal frequency offsets are estimated respectively, and timing synchronization is performed.

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法
本专利技术属于OFDM系统同步
,具体涉及一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法。
技术介绍
作为4G的核心技术,正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)是一种多载波传输技术,将整个频带划分为多个正交子载波来对抗频率选择性衰落,在提高频带利用率的同时,对定时和频偏极其敏感。一方面,多普勒效应或收发两端本地载波频率的差异引起的载波频偏,通常用载波同步来补偿;另一方面,由于收发两端FFT窗起始位置的差异导致的定时偏移会引起载波相位的旋转,可用定时同步来确定每个符号的起止位置。上述两方面的影响都会破坏OFDM子载波间的正交性,并引起子载波间干扰(ICI),降低系统抗衰落能力。因此,OFDM的同步技术(包括符号定时和偏移估计)对OFDM系统极为重要,是实现高质量、高速率的数据传输的重要前提。OFDM同步主要包括:定时同步、载波同步以及样值同步,目前的同步方法都是在假设样值同步完成的情况下进行的。OFDM系统定时同步方法主要分为数据辅助法和非数据辅助法两大类。前者通过在传输符号中插入特殊训练符号进行辅助估计,增加的训练符号开销会降低源数据的传输速率,但同步精度高且计算复杂度低。P.Moose提出利用连续传输的两个完全相同的OFDM符号的时域相关性进行载波频偏估计,但是该方法的应用前提是已知定时准确且频偏在半个子载波间隔内,一旦定时出现错误或者频偏较大,估计精度会急剧下降。设计的SC方法采用一种[A,A,B]结构的训练符号,其中[A,A]为一个训练符号,[B]为另一个训练符号。该方法的频偏估计范围可达到整个符号带宽,但由于在循环前缀范围内,所有对应样点乘积和都一样,定时度量函数的曲线产生“峰值平台”,使得最终定时位置的估计误差较大。针对SC方法定时度量函数曲线的平台问题,设计了[A,A,-A,-A]结构的训练符号,通过在训练符号中引入负号消除平台现象,但其定时估计曲线的主峰并不尖锐,且出现多个副峰,影响定时同步的精确度。针对Minn方法定时度量函数曲线主峰不够尖锐的问题,设计了一种共轭对称结构序列的Park方法,并将定时度量函数计算规则由从左向右平移变为从中间向两边延伸,改进后的定时度量函数曲线更加尖锐,但并未从根本上消除副峰干扰问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,设计了一种新的训练序列,以此获得较理想的时域训练符号结构。然后基于该训练序列及其对应的时域训练符号分别进行整数倍和小数倍频偏,并进行定时同步估计,通过在频域各个子载波发送伪随机实数,在时域得到具有共轭对称结构的训练符号,有效地解决了Park方法在主峰周围存在较大副峰的问题,且频偏估计范围达到-N/2~N/2。本专利技术采用以下技术方案:一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,在OFDM数据符号发送之前先发送一个训练序列,该训练序列在频域所有子载波均发送伪随机实数,则相应的时域训练符号结构具有共轭对称性,FS-Park同步方法首先用时域训练符号进行定时同步,然后在时域基于循环前缀做小数倍频偏估计,频域利用训练序列的互相关性做整数倍频偏估计,得到总的频偏为整数倍频偏与小数倍频偏的和,完成同步。具体的,定时同步具体为,设计频域子载波均发送实数的新的训练序列,修改定时度量函数M(d),确定定时正确位置进一步的,定时度量函数曲线在正确的符号定时处具有峰值,而在其他位置处的值几乎为零。定时正确位置由下式得到其中,N为子载波个数,d为长度为N的采样区间中第一个采样值对应的采样时间值。更进一步的,定时度量函数M(d)如下:其中,r为经过信道后的接收信号,k为左右移动的任意数。具体的,频偏估计分为两步,在时域上利用符号的循环前缀与其重复部分之间的自相关特性做小数倍频偏估计,在频域上利用训练序列的互相关特性做整数倍频偏估计。进一步的,小数倍频偏ε为其中,为相位估计值,为,k为正确定时位置,r为经过信道后的接收信号,k为左右移动的任意数。更进一步的,设发送信号为x(n),则多径条件下的接收信号可以表示为:其中,L为信道多径数,w(n)为高斯噪声。具体的,若|ε|>1,估计整数倍频偏,整数倍频偏的影响对频域数据进行循环移位。进一步的,使用一个长为P的滑动窗,该滑动窗包含本地频域训练序列的P个有效载波数据,通过对接收的频域信号与滑动窗做循环相关运算,得到N个相关值,其中最大值所对应的s即为频域的一个OFDM符号有效载波起始位置的估计值,也即为整数倍频偏估计值。更进一步的,假设接收端经过FFT接收到的训练序列为yk,k=0,1,...,N-1,整数倍频偏估计εI为:式中,P是滑动窗包含有效载波数据的长度,即滑动窗长,s是窗口移动值,s∈S,S=0,1,...,N-1。与现有技术相比,本专利技术至少具有以下有益效果:本专利技术提供的一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,首先设计一个新的频域训练序列,其对应时域符合结构具有共轭对称结构。利用该时域符号结构进行定时可以有效消除经典Park算法存在的副峰问题,从而使得定时更加精确。且本专利技术方法不仅涉及小数倍频偏估计,同时涉及整数倍频偏估计。进一步的,符号定时同步是为了正确地确定OFDM符号的起始位置,若估计不准确,FFT窗将不能和OFDM符号完全对齐,接收信号的幅度和相位值就会发生畸变,可能导致ISI的产生,影响系统性能。本专利技术所得的定时度量函数不仅消除了SC算法的峰值平台,且解决了SC算法及Minn算法同时存在的峰值不尖锐问题,更从根本上消除了经典Park算法所存在的副峰问题。使定时更加精确。进一步的,小数倍频偏会影响子载波正交性,从而导致ICI。本专利技术在时域基于循环前缀做小数倍频偏估计。进一步的,整数倍频偏只是使频域接收信号发生循环移位,不会影响子载波正交性,从而不产生ICI。但整数倍频偏的存在,仍然会导致系统误码率增加。本专利技术在频域利用训练序列的互相关性做整数倍频偏估计。使得新算法的频偏估计范围达整个符号区间,而不是经典Park算法的一个子载波间隔内。综上所述,本专利技术设计了一种新的训练序列,以此获得较理想的时域训练符号结构。然后基于该训练序列及其对应的时域训练符号进行定时同步估计,并分别进行整数倍和小数倍频偏。下面通过附图和实施例,对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术中的FS-Park方法的时域训练符号结构图;图2是本专利技术中的小数倍频偏计算过程图;图3是本专利技术中的整数倍频偏计算过程图;图4是本专利技术中的SC方法、Minn方法、经典Park方法以及新提出的FS-Park方法定时度量函数曲线对比图,其中,(a)为SC方法与Minn方法,(b)为经典Park方法,(c)为提出的FS-Park方法,横坐标为抽样点的位置,纵坐标为抽样点位置处信号的幅值。图5是本专利技术中Park方法与FS-Park方法定时偏移均方误差对比图,其中横坐标为信噪比,纵坐标为平均误差值;图6是本专利技术中Park方法与FS-Park方法频率偏移均方误差对比图,其中横坐标为信噪比,纵坐标为平均误差值本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,在OFDM数据符号发送之前先发送一个训练序列,该训练序列在频域所有子载波均发送伪随机实数,则相应的时域训练符号结构具有共轭对称性,FS‑Park同步方法首先用时域训练符号进行定时同步,然后在时域基于循环前缀做小数倍频偏估计,频域利用训练序列的互相关性做整数倍频偏估计,得到总的频偏为整数倍频偏与小数倍频偏的和,完成同步。

【技术特征摘要】
1.一种基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,在OFDM数据符号发送之前先发送一个训练序列,该训练序列在频域所有子载波均发送伪随机实数,则相应的时域训练符号结构具有共轭对称性,FS-Park同步方法首先用时域训练符号进行定时同步,然后在时域基于循环前缀做小数倍频偏估计,频域利用训练序列的互相关性做整数倍频偏估计,得到总的频偏为整数倍频偏与小数倍频偏的和,完成同步。2.根据权利要求1所述的基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,定时同步具体为,设计频域子载波均发送实数的新的训练序列,修改定时度量函数M(d),确定定时正确位置3.根据权利要求2所述的基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,定时度量函数曲线在正确的符号定时处具有峰值,而在其他位置处的值几乎为零,定时正确位置由下式得到其中,N为子载波个数,d为长度为N的采样区间中第一个采样值对应的采样时间值。4.根据权利要求3所述的基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,定时度量函数M(d)如下:其中,r为经过信道后的接收信号,k为左右移动的任意数。5.根据权利要求1所述的基于改进的Park频域训练序列的定时频率同步方法,其特征在于,频偏估计分为两步,在时域上利用符号的循环前缀与其重复部分之间的自相关特性做小数倍频偏估计,在...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯兴乐陈丽王孟婕邓昊张磊杨仁聪
申请(专利权)人:长安大学上海瀚讯信息技术股份有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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