一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM频率同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM频率同步方法，属于无线通信技术领域，针对传统频率同步算法的精度受限于定时同步准确度且实现复杂的缺点，利用两段重复序列估计小数频偏，根据频偏对Zadoff-Chu序列自相关的影响估计整数频偏，估计范围可达整个OFDM带宽，且所有操作均在时域完成，无需时频变换，与传统的频偏估计算法相比，运算复杂度较低，鲁棒性好。通过验证表明，该方法在高速移动多径环境下具有较好的性能。

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

技术介绍
正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)系统可提供更高的数据传输速率和频谱利用率，抗多径衰落能力强，是新一代宽带移动通信系统的核心技术。载波同步是OFDM的关键技术，一般情况下，高斯信道下频率偏移误差要小于子载波间隔的4％，多径信道环境下频率偏移误差要小于子载波间隔的2％。因此，频偏估计算法的研究具有重要的现实意义。现有的OFDM频率同步方法有：文献[1]提出了一种S&C算法，可以估计出整数和小数倍频偏，但当子载波数小于系统IFFT点数时，载波同步性能会迅速下降；文献[2]提出的利用L个重复序列的最佳线性无偏估计(BestLinearUnbiasedEstimation,BLUE)算法，估计范围可达L/2个子载波间隔，但为保证算法性能，每段重复序列的长度必须大于信道最大时延扩展，降低了传输效率，相同条件下其估计比S&C算法精确，但复杂度大大提高；文献[3]虽然得到了载波频率偏移的闭合表达式，但算法中指数因子p的设置受限于估计精度、整数倍频偏估计范围和系统可容忍的峰均比(Peak-AveragePowerRatio,PAPR)，需要通过仿真反复验证，不具有通用性；文献[4]使用恒包络零自相关(ConstantEnvelopeZeroAuto-Correlation,CAZAC)序列进行频率同步，算法估计精度高，但其从频偏估计到频偏补偿的反馈时间较长，不适用于突发通信；文献[5]提出了一种Ren算法，通过对CAZAC序列加权进行频率同步，具有较大的频偏估计范围，但该算法在独立瑞利衰落信道下性能较差。上述参考文献分别为：[1]SchmidlTM,CoxDC.RobustfrequencyandtimingsynchronizationforOFDM[J].IEEETransactionsonCommunications,1997,45(12):1613-1621.[2]MorelliM,MengaliU.AnimprovedfrequencyoffsetestimatorforOFDMapplications[J].IEEECommunicationsLetters,1999,3(3):75-77.[3]LaourineA,StephenneA,AffesS.AnewOFDMsynchronizationsymbolforcarrierfrequencyoffsetestimation[J].IEEESignalProcessingLetters,2007,14(5):321-324.[4]严春林,李少谦,唐友喜,等.利用CAZAC序列的OFDM频率同步方法[J].电子与信息学报,2006,28(1),139-142.[5]RenG,ChangY,ZhangH,etal.SynchronizationmethodbasedonanewconstantenveloppreambleforOFDMsystems[J].IEEETransactionsonBroadcasting,2005,51(1):139-143.
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频率同步方法，该方法充分利用Zadoff-Chu序列良好的自相关特性，无需进行时频变换，在保证算法估计精度的同时，其频偏估计范围可达N个子载波间隔，可实现OFDM系统精确频率同步。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频率同步方法，其关键在于按照以下步骤进行：步骤S1：采用两组结构相同的训练符号TS1和TS2组成训练序列，其中TS1按照“Cn,Cn”构成，TS2按照“Cn*,Cn*”构成，其中Cn为本地Zadoff-Chu序列，周期为Np，且Np＝N/2，N为系统子载波个数，Cn*为Cn的复共轭；步骤S2：利用TS1的接收信号求自相关得到小数频偏并进行补偿；步骤S3：利用TS1的接收信号循环前缀CP和TS1的最后Ng个样点估计残留频偏并进行补偿，Ng为循环前缀CP的长度；步骤S4：利用TS1的接收信号定时度量函数M1(d)和TS2的接收信号定时度量函数M2(d)，并按照计算整数倍频偏并进行补偿，其中表示M1(d)中最大值所对应的位置，表示M2(d)中最大值所对应的位置。作为一种优选方案，按照计算TS1的接收信号定时度量函数，按照计算TS2的接收信号定时度量函数，其中r(d+n)为第d+n个基带等效接收信号的采样值，C(n)为序列Cn中的第n个采样点的值，C*(n)为序列Cn*中的第n个采样点的值。在实施过程中，所述本地Zadoff-Chu序列可以按照生成，其中j为虚数单位，r为正整数，且r与Np互质，在这里r设为1。本专利技术的显著效果是：本专利技术提出了一种利用Zadoff-Chu序列的OFDM频率同步方法，该方法频率估计范围可达整个OFDM带宽，且所有操作均在时域完成，无需时频变换，与传统的频偏估计算法相比，运算复杂度较低，鲁棒性好。通过验证表明，该方法在存在大频偏的多径信道环境中具有良好的性能。附图说明图1为频偏对Zadoff-Chu序列相关性的影响曲线；图2为本地训练符号结构示意图；图3为SUI3信道下，各种算法的MSE结果对比分析图；图4为ITU-VB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的工作原理和显著效果作进一步说明：在OFDM系统的复基带等效模型中，发送端OFDM符号的复基带数据的采样为：其中，N是载波总数，X(k)表示调制在第k个子载波上的数据。加入循环前缀CP后，一个OFDM符号可以表示为其中Ng是循环前缀CP的长度。假设收发两端仅存在载波频偏，则接收信号可以表示为：r(n)＝x(n)ej2πnε/N+w(n)(2)其中ε表示被子载波间隔归一化后的频率偏移，w(n)是信道中的加性高斯白噪声。如果采用Zadoff-Chu序列作为训练序列，周期为Np(Np为偶数)的Zadoff-Chu序列定义为：上式j为虚数单位，r为正整数，r与Np互质。若Np＝N/2，r＝1，其自相关函数为：上式中mod表示取模。由式(4)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。实际通信系统中存在载波频偏，且移动情况下会带来多普勒频移。由式(2)(4)可知，当存在载波频偏时，接收信号可以表示为：由上式可知，对于生成式为(3)式的Zadoff-Chu序列而言，载波频率偏移会导致接收信号在时域循环移位。当ε为偶数时，上式忽略噪声的影响，接收信号相对于原始序列移位了ε/2个样点，图1给出了频偏对Zadoff-Chu序列相关峰值影响的示意图。因此，本实施例中，按照ε＝εi+εf+εr将OFD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Zadoff‑Chu序列的OFDM频率同步方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤S1：采用两组结构相同的训练符号TS1和TS2组成训练序列，其中TS1按照“Cn,Cn”构成，TS2按照“Cn*,Cn*”构成，其中Cn为本地Zadoff‑Chu序列，周期为Np，且Np＝N/2，N为系统子载波个数，Cn*为Cn的复共轭；步骤S2：利用TS1的接收信号求自相关得到小数频偏并进行补偿；步骤S3：利用TS1的接收信号循环前缀CP和TS1的最后Ng个样点估计残留频偏并进行补偿，Ng为循环前缀CP的长度；步骤S4：利用TS1的接收信号定时度量函数M1(d)和TS2的接收信号定时度量函数M2(d)，并按照ϵi=|max[M1d(d)]-max[M2d(d)]|-(N+Ng)]]>计算整数倍频偏并进行补偿，其中表示M1(d)中最大值所对应的位置，表示M2(d)中最大值所对应的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于Zadoff-Chu序列的OFDM频率同步方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤S1：采用两组结构相同的训练符号TS1和TS2组成训练序列，其中TS1按照“Cn,Cn”构成，TS2按照“Cn*,Cn*”构成，其中Cn为本地Zadoff-Chu序列，周期为Np，且Np＝N/2，N为系统子载波个数，Cn*为Cn的复共轭；步骤S2：利用TS1的接收信号求自相关得到小数频偏并进行补偿；步骤S3：利用TS1的接收信号循环前缀CP和TS1的最后Ng个样点估计残留频偏并进行补偿，Ng为循环前缀CP的长度；步骤S4：利用TS1的接收信号定时度量函数M1(d)和TS2的接收信号定时度量函数M2(d)，并按照计算整数倍频...

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