一种基于高载波数OFDM符号定时同步的方法技术

本发明专利技术提供一种基于高载波数的OFDM符号定时同步的方法，是在发送端将同步训练序列插入发送信号；在接收端采样，将采样值存为一个样值窗；求出样值窗中各采样点的能量并存储在寄存器中；在样值窗中从第1至个点内，以长度的移动窗每次移动D＝2n步长进行度量函数的计算，找到准最小值位置完成粗同步过程；在准最小值附近进行细同步过程，在粗同步位置前后TD-1个点中以长度的移动窗每次移动1位长度进行细同步度量函数的计算，找到最小值位置完成细同步过程；利用细同步估计值进行符号的定时同步纠正。本发明专利技术最大限度地降低系统的计算复杂度和抗干扰性能，在实际的NG-DSL系统的输入信噪比等级下能进行准确的定时判断，达到高速传输的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高载波数OFDM符号定时同步的方法
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种在双绞线信道媒介之中，能够有效地进行高载波数OFDM符号定时同步方法。
技术介绍
随着互联网技术的迅猛发展，像高清网络电视、大型网络游戏和在线视频会议等应用正在慢慢普及，但是我国现阶段的网络速度还远远不够，我们需要更加高速的接入技术来满足人们对于未来带宽的需求。下一代数字用户线技术(NG-DSL，NextGenerationDigitalSubscriberLine)技术将是未来重要的高速有线接入技术，这种接入技术的带宽将超过100M，传输速率将超过1Gbps，能够很好地和光纤网相结合，大幅度地提升网络速度。在物理层上，NG-DSL技术采用的是高水平的正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术。OFDM技术是一种频带利用率极高的多载波调制技术，在有线和无线接入网中有着广泛的应用。不同于传统的数字用户线技术(DSL，DigitalSubscriberLine)技术，NG-DSL技术使用的OFDM调制方式具有高载波数与高正交振幅调制(QAM，QuadratureAmplitudeModulation)两大特点，因为这两大特点使得NG-DSL技术有着很高的带宽和传输速率，但也正是因为这两大特点使得NG-DSL技术对于信号同步的要求比以往任何一种接入技术都高。因此，同步技术在NG-DSL技术中显得尤为重要。OFDM的符号同步的任务就是要准确地判断一个符号的开始与结束，符号定时的准确与否关系到能否将信号完全无误地解调出来。
技术实现思路
本专利技术针对现有符号定时同步方法存在的高复杂度与抗干扰能力弱的不足，提出一种基于高载波数OFDM符号定时同步的方法，是一种新的适用于高载波数的OFDM信号并且适用于实际NG-DSL传输工程应用的符号定时同步方法，最大限度地降低系统的计算复杂度和抗干扰性能，并且在实际的NG-DSL系统的输入信噪比等级下能进行准确的定时判断，达到高速传输的目的。为了实现上述功能，本专利技术的技术方案为：本专利技术提出了一种新的同步训练序列结构与一种新的度量函数设计。采用了变步长搜索的方法进行定时点的搜索。适用于实际NG-DSL系统，本技术方案主要包括以下处理步骤：a)在发送端将同步训练序列插入发送信号中；b)在接收端从定时位开始进行采样，令N为一个OFDM符号的载波数，L为循环前缀长度，取长度的采样值作为一个样值窗，这样就必然包含一个完整的训练序列；c)计算样值窗中每个采样点的能量，将结果存储在寄存器中；d)在样值窗中从第1个点开始到第个点结束，在长度的移动窗内以变步长搜索方式进行粗同步度量函数的计算，找到准最小值位置完成粗同步过程；e)在准最小值附近进行细同步过程，在粗同步位置前后TD-1个点，其中T为正整数，以长度的移动窗每次移动1位长度进行细同步度量函数的计算，找到最小值位置完成细同步过程；f)利用得出的细同步估计值进行符号的定时同步纠正，输出符号。为了得到正确的信号，本专利技术利用所估计出来的定时位置，来对符号进行定时纠正，在接收端得到受到定时偏差干扰的信号，经过定时同步估计过程得到的估计值进行相位纠正，就能够使得输出变成可以进行无误解调的信号，这样才可以正确解调出来。同步训练序列是插在OFDM帧头的一串人为添加的有规律的用于定时同步的序列，同步训练序列是在信号发送端进行添加，在传输OFDM数据符号时首先先在发送端发出一段训练序列，然后接着在发送OFDM的数据信息。步骤a)中，为了使得本专利技术能够有一定的抵御双绞线信道冲激响应拖尾干扰的能力，更加适用于双绞线信道，所述同步训练序列是设定了具有冗余信息的同步训练序列，这种训练序列两端分别是长度为四分之一训练序列长度的冗余信息，中间是长度为四分之一训练序列长度具有相同数据的信息。步骤b)与c)中，为了减少本专利技术所需要的样值点数和减少算法复杂度以达到快速同步的目的，在接收机端取一个长度为的样值窗，采用共轭运算求出样值窗中每个样值点的能量并将其存储在寄存器中。步骤d)中，为了最大限度地降低算法的复杂度，所以采用了变步长搜索。具体是采取长度为的移动窗进行步长为D＝2n的度量函数计算，n为正整数，所采取的度量函数Λ(d)为：其中每次计算都是从窗中第1个值到第N/4个值的位置，m的取值就代表这个范围，r(x)代表接收的信号，r*(x)代表共轭，r(x)r*(x)代表这个采样点的能量，求出使得度量函数Λ(d)最小的d值，作为准最小值，完成粗定时同步过程。步骤e)中，为了精确地完成符号同步，在得到了准最小值的基础之上，在准最小值前后TD-1(T为正整数)个点进行细同步计算，降低系统误差。细同步的过程将采用以长度的移动窗每次移动1位长度进行细同步度量函数的计算，T的取值与系统信噪比有关，信噪比与T呈反比，即当信噪比较低时需要较大的T值，即更大范围的细同步以避免出现定时错误。通过上述步骤就完成了细定时过程，并且通过粗定时过程与细定时过程相结合的计算方式，可以使得定时精度与复杂度达到一个最优值。步骤f)中，为了最终估计出定时的准确值，需要利用公式(2)进行定时偏差的最终计算，其中d为粗定时阶段估计值，k为细定时阶段估计值。最终定时偏差为：在接收端将根据实际情况采取对输入信号采取旋转角度纠正或者是调整接收机定时起点的方式进行纠正。所述的方法，描述了整个方案的处理过程，将高载波数的OFDM信号符号定时同步过程分为了粗同步与细同步两个过程。并且对数据处理过程进行了优化处理，使得本专利技术拥有较低的复杂度、较强的抗干扰能力并且在实际的NG-DSL系统的输入信噪比等级下能进行准确的定时判断。与现有技术相比，本专利技术的优点：通过提前计算定时窗中的能量结合新的度量函数，可以初步降低计算复杂度；通过粗定时的变步长搜索使其有着非常低的复杂度；通过特殊的具有冗余特点的训练序列使其有一定的抵御双绞线冲激响应拖尾能力，适用于双绞线信道；本专利技术的符号定时同步方法在输入信噪比较高的环境下可以有着非常高的定时精度。上述特点使得本专利技术能够很好地满足NG-DSL系统的要求。附图说明图1是本专利技术的工作流程图。图2是训练序列的结构图。图3是本专利技术定时位置说明图。图4是利用新算法进行纠正前后的输出星座图。图5是本专利技术方法在步长为1情况下的度量函数输出曲线示意图。图6是本专利技术方法在步长为64情况下的度量函数输出曲线示意图。图7是不同方法的复杂度比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。本专利技术的思想为：利用特殊的训练序列前后相关性结合变步长搜索的方式对符号定时位置进行估计，最大限度地降低算法复杂度并且满足精度要求，整体的流程图如图1。本专利技术的实现过程首先，在发送端构造如图2结构的训练序列，将连续3个训练序列作为帧头插入到发送数据之中进行发送。然后，在接收端进行接收采样，从定时位开始进行采样，一共取长度的采样值成为一个样值窗，这样就必然包含一个完整的训练序列。并且在接收端采样的过程之中进行采样点的能量计算操作，将样值窗内所有的点能量保存在寄存器之中。接着，进行粗定时过程，在样值窗中，然后从第1个点开始到第个点结束，以长度的移动窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高载波数OFDM符号定时同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)在发送端将同步训练序列插入发送信号中；b)在接收端从定时位开始进行采样，令N为一个OFDM符号的载波数，L为循环前缀长度，取长度的采样值作为一个样值窗，这样就必然包含一个完整的训练序列；c)计算样值窗中每个采样点的能量，将结果存储在寄存器中；d)在样值窗中从第1个点开始到第个点结束，在长度的移动窗内以变步长搜索方式进行粗同步度量函数的计算，找到准最小值位置完成粗同步过程；e)在准最小值附近进行细同步过程，在粗同步位置前后TD‑1个点，其中T为正整数，以长度的移动窗每次移动1位长度进行细同步度量函数的计算，找到最小值位置完成细同步过程；f)利用得出的细同步估计值进行符号的定时同步纠正，输出符号。

【技术特征摘要】
1.一种基于高载波数OFDM符号定时同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)在发送端将同步训练序列插入发送信号中，即将连续3个训练序列作为帧头插入到发送数据之中进行发送；b)在接收端从定时位开始进行采样，令为一个OFDM符号的载波数，为循环前缀长度，取长度的采样值作为一个样值窗，这样就必然包含一个完整的训练序列；c)计算样值窗中每个采样点的能量，将结果存储在寄存器中；d)在样值窗中从第1个点开始到第个点结束，在长度的移动窗内以变步长搜索方式进行粗同步度量函数的计算，找到准最小值位置完成粗同步过程；具体是：所述步骤d)中，采取长度为的移动窗进行步长为的度量函数计算，为正整数，所采取的度量函数为：（1）其中每次计算都是从窗中第1个值到第个值的位置，的取值就代表这个范围，代表接收的信号，代表共轭，代表这个采样点的能量，求出使得度量函数最小的值，作为准最小值，完成粗定时同步过程；e)在准最小值附近进行细同步过程，在粗同步位置前后个点，其中T为正整数，以N长度的移动窗每次移动1位长度进行细同步度量函数的计算，找到最小值位置完成细同步过程；其具体过程为：进行细同步过程，在准最小值附近进行最小值的搜索过程，找到真实的定时位置，在准最小值点的前后各K个点开始进行细同步，K的定义如下：其中，（2）系统信噪比不同会使得的取值也不同，信噪比较高的时候T的取值偏小，信噪比较低...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴宪华，符超，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44