一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，属于通信技术领域，主要解决正交频分复用系统在多径衰落信道下能量最大径不是第一径造成的定时偏移问题，通过利用Zadoff-Chu序列相关性估计出信道冲激响应，并构建可对抗残留频偏的自适应门限检测算法，从而准确判断第一径的到达时间，并且针对残留频偏造成虚警概率增加的问题对自适应门限进行修正，通过验证，本文方法在高速移动多径环境中，算法检测概率高、均方误差小，当信噪比大于3dB时，SUI-3信道下的检测概率可达99％以上，可用于高速移动环境下的宽带OFDM通信系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法
本专利技术涉及到OFDM系统定时同步技术，特别是涉及一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，属于通信

技术介绍
OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用技术)以其频谱利用率高，抗多径衰落能力强等特点在高速无线传输系统中得到广泛应用。定时同步是OFDM系统的关键问题之一，目前已有大量研究。在多径环境下，目前有许多人提出了基于能量检测的定时同步算法，但其获得的定时点会受能量最大径的影响而产生偏移，不能准确检测第一径的到达时间，从而导致信道估计算法性能下降和组网应用时延调整的不精确等问题。现有多径信道下检测第一径的方法有：门限判决检测法和基于信道估计的同步算法等，其中：文献[1]：利用共轭对称相关和延迟相关得到定时度量峰值来获得第一径的位置，但该算法采用固定门限进行检测，不能适应时变信道，且低信噪比条件下性能较差。文献[2]通过接收信号与本地序列求相关分离出每条径，经滤波确定第一径位置，但滤波器参数设置需要反复验证，不具通用性。文献[3]根据信道冲激响应的循环右移特性估计定时偏移，但该算法需要进行两次快速傅里叶变换，实现复杂度高，且定时偏移估计峰值存在平台现象。文献[4]采用恒包络零自相关(ConstantEnvelopeZeroAuto-Correlation,CAZAC)训练序列，具有较高多径分辨率，并根据自适应门限检测第一径到达时间，但忽略了频偏对CAZAC序列相关性的影响。上述参考文献分别为：[1]石峰,王晨,周柱,等.一种新的基于重复共轭对称构前导的OFDM同步算法[J].国防科技大学学报,2010,32(3):103-108.[2]张洁,蔡鹏,张平.一种适用于多径衰落信道的OFDM定时同步算法[J].北京邮电大学学报,2005,28(2):105-108.[3]KishoreCN,ReddyV.AtechniquefordominantpathdelayestimationinanOFDMsystemanditsapplicationtoframesynchronizationinOFDMmodeofWMAN[J].EURASIPJournalonWirelessCommunicationsandNetworking,2006,2006(2):1-8.[4]YangF,ZhangX.RobustTime-DomainFineSymbolSynchronizationforOFDM-BasedPacketTransmissionUsingCAZACPreamble[C].2013IEEEMilitaryCommunicationsConference(MILCOM2013),SanDiego,2013:436-440.
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提出了一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，该方法充分利用Zadoff-Chu序列良好的自相关特性，通过定时度量函数与信道冲激响应的关系，采用自适应门限判决第一径到达时间，从而解决残留频偏造成的虚警概率增加的问题，该方法不需时频变换，易于实现，能够满足高速移动宽带通信系统对同步精度的要求。为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，其关键在于按照以下步骤进行：步骤S1，按照计算第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值，并以|M(d)|取最大值时对应的d点作为粗同步点其中：Np为Zadoff-Chu序列的周期，且Np＝N/2并为偶数，N为系统子载波个数；本地Zadoff-Chu序列定义为j为虚数单位，r为正整数，且r与Np互质；C*(n)为本地Zadoff-Chu序列Cn的复共轭；r(d+n)为第d+n个基带等效接收信号的采样值；步骤S2：根据步骤S1中的粗同步点对系统进行频偏估计，得到频率偏差ε，并按照r′(n)＝r(n)·e-j2πε对基带等效接收信号进行频偏补偿；步骤S3：按照计算频偏补偿后的第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值；步骤S4：在范围内选择满足|M'(d)|＞V′T的且最小的d作为最佳定时同步点Ng为循环前缀的长度，V′T为判决门限值。为了实现自适应门限判决，判决门限V′TVT+ΔV，其中：Δεmax为系统最大残留频偏，实际应用中可取为最大多普勒频移，J为能量采样点的个数，Pfa为系统的虚警概率。作为优选，所述能量采样点的个数J＝Ng。作为优选，本地Zadoff-Chu序列中r设为1。本专利技术的显著效果是：本专利技术针对多径信道下能量最大径不是第一径引起的OFDM系统定时精度下降的问题，提出了一种新的基于Zadoff-Chu序列的定时同步方法，该方法首先利用Zadoff-Chu序列良好的自相关特性得到信道冲激响应的估计值，然后采用自适应门限技术检测第一径的到达时间，并且针对残留频偏造成虚警概率增加的问题对自适应门限进行修正，通过验证，本文方法在多径信道中检测概率高、均方误差小，可用于高速移动环境下的宽带OFDM通信系统。附图说明图1为本专利技术的方法步骤图；图2为训练符号结构示意图；图3为定时同步在不同径上的示意图；图4为信道冲激响应估计的MSE曲线图；图5为SUI3信道下，各种算法的检测概率对比分析图；图6为SUI5信道下，各种算法的检测概率对比分析图；图7为SUI3信道下，各种算法的MSE结果对比分析图；图8为SUI5信道下，各种算法的MSE结果对比分析图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，首先将本地Zadoff-Chu序列定义为j为虚数单位，r为正整数，且r与Np互质，这里通常将r设为1，Np为Zadoff-Chu序列的周期，且Np＝N/2并为偶数，N为系统子载波个数；针对Zadoff-Chu序列而言，其自相关函数为：上式中的mod表示取模，由上式可知Zadoff-Chu序列的循环自相关具有旁瓣为0的特性，此外，Zadoff-Chu序列还有低峰均比、恒包络的特点，而且其FFT变换还是一个Zadoff-Chu序列，这些特性使得Zadoff-Chu序列广泛应用于OFDM系统中。在本实施例中，训练符号的结构如图2所示，根据图2训练符号的特点，可以利用其包含数据序列的重复性和相关特性进行定时偏移估计，因此，本方法具体步骤为：步骤S1，按照计算第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值，并以|M(d)|取最大值时对应的d点作为粗同步点其中，C*(n)为本地Zadoff-Chu序列Cn的复共轭；r(d+n)为第d+n个基带等效接收信号的采样值；步骤S2：根据步骤S1中的粗同步点对系统进行频偏估计，得到频率偏差ε，并按照r′(n)＝r(n)·e-j2πε对基带等效接收信号进行频偏补偿；步骤S3：按照计算频偏补偿后的第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值；步骤S4：在范围内选择满足|M'(d)|V′T且最小的d作为最佳定时同步点Ng为循环前缀的长度，V′T为判决门限值。为了实现自适应门限判决，上述的判决门限V′T＝V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Zadoff‑Chu序列的OFDM精确定时同步方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤S1，按照计算第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值，并以|M(d)|取最大值时对应的d点作为粗同步点其中：Np为Zadoff‑Chu序列的周期，且Np＝N/2并为偶数，N为系统子载波个数；本地Zadoff‑Chu序列定义为j为虚数单位，r为正整数，且r与Np互质；C*(n)为本地Zadoff‑Chu序列Cn的复共轭；r(d+n)为第d+n个基带等效接收信号的采样值；步骤S2：根据步骤S1中的粗同步点对系统进行频偏估计，得到频率偏差ε，并按照r′(n)＝r(n)·e‑j2πε对基带等效接收信号进行频偏补偿；步骤S3：按照计算频偏补偿后的第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值；步骤S4：在范围内选择满足|M'(d)|＞V′T且最小的d作为最佳定时同步点Ng为循环前缀的长度，V′T为判决门限值。

【技术特征摘要】
1.一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM精确定时同步方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤S1，按照计算第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值，并以|M(d)|取最大值时对应的d点作为粗同步点其中：Np为Zadoff-Chu序列的周期，且Np＝N/2并为偶数，N为系统子载波个数；本地Zadoff-Chu序列定义为j为虚数单位，r为正整数，且r与Np互质；C*(n)为本地Zadoff-Chu序列Cn的复共轭；r(d+n)为第d+n个基带等效接收信号的采样值；步骤S2：根据步骤S1中的粗同步点对系统进行频偏估计，得到频率偏差ε，并按照r′(n)＝r(n)·e-j2πε对基带等效接收信号进行频偏补偿；步骤S3：按照计算频偏补偿后的第d个基带等效接收信号处的定时度量函数值；步骤S4：在范围内选择满足|M′(d)|＞V′T且最小的d作为最佳定时同步点Ng为循环前缀的长度，V′T为判决门...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉成，胡真，何香，曹猛，李晓，李怡江，明虹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85