自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法制造技术

本发明专利技术提供了自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法。本算法提出了一种经过拓展后的多段重复的导言结构，充分结合了互相关和自相关函数的特性，采用全新的定时度量指标，从而获得更好的定时同步性能。相对于其他算法，本发明专利技术能够充分利用多段导言结构和循环前缀所携带的信息，消除“平台效应”，同时结合了自相关算法的频率稳定性和互相关算法的定时包络单脉冲性，提升了OFDM系统的同步性能。同时，算法灵活可调，可在算法性能和运算量之间进行选择，满足不同需求。

Multi segment repeat sequence OFDM synchronization algorithm combining autocorrelation and intercorrelation

The invention provides a multi segment repeat sequence OFDM synchronization algorithm combining autocorrelation and intercorrelation. This algorithm proposes an extended multi segment repeat structure, which fully combines the characteristics of cross-correlation and autocorrelation function, and adopts a new timing metric to achieve better timing synchronization performance. Compared with other algorithms, this method can make full use of the multi segment structure and cyclic prefix carry information, eliminating the \platform\ effect, combined with the timing envelope frequency stability self correlation algorithm and cross-correlation algorithm of single pulse, to enhance the synchronization performance of OFDM system. At the same time, the algorithm is flexible and adjustable, and can choose between the algorithm performance and the amount of operation to meet the different requirements.

【技术实现步骤摘要】
自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法
本专利技术涉及数字无线通信领域，具体涉及一种适用于正交频分复用(OFDM)系统，基于多段重复导言结构的定时同步算法。
技术介绍
近年来，正交频分复用技术(OFDM,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex)得到了越来越多的关注和研究。由于OFDM具有频谱利用率高、数据传输速率快和抗多径衰落能力强等优点,它已被指定为欧洲音频广播(DigitalAudioBroadcasting,DVB)和数字陆地视频广播(DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial,DVB-T),无线局域网802.11a、3GPPLTE(The3rdGenerationPartnershipProjectLongTermEvolution)和WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)等国际无线传输标准的物理层规范。OFDM系统对定时和频率偏移非常敏感,只有具备精确的同步才能保证传输数据的正确发送和接收。对于一个完整的OFDM系统定时算法，一般情况下分为两个步骤，首先进行粗同步大致确定定时点位置n0，在粗同步的基础上确定精细定时点的搜索范围[n0-L1,n0+L2],然后在这个搜索范围内计算接收序列的相关函数，通过搜索归一化定时度量函数的峰值确定精细定时点位置在精细定时点的基础上估计频率偏差的值。为了便于对后续算法的理解，OFDM系统信号模型如下所示：记OFDM符号周期为T，相互正交的子载波个数为N，并用N个码元符号去调制这N个子载波，于是得到OFDM连续时间等效低通信号：上式中Xk代表第k个子载波上的码元符号，fk代表第k个子载波的频率，k＝0,1,2,…,N-1。子载波频率fk＝kΔf，Δf＝1/T，此时各子载波间是正交的，对连续时间信号以Ts＝T/N为抽样周期进行抽样，得到OFDM的离散时间信号：上式右边等效于对调制信号作逆离散傅里叶变换，故又将Xk称为频域信号，x[n]称为时域OFDM信号。一般N的取值为2的整数幂，这样就可以采用快速傅里叶变换FFT(FastFourierTransform)来实现。当OFDM信号进入频率选择性信道时，信道的多径效应会导致OFDM符号间相互干扰，通常给OFDM符号加上保护前缀来避免这种干扰，只要保护间隔大于信道的时延拓展，符号间干扰是可以避免的。在接收端，以Ts＝T/N的抽样频率对接收信号r(t)进行抽样得到信号r[n]。在接收信号模型中，定时偏差和频率偏差分别当作是时域接收信号中的时间延时和相位失真，其模型为：r[n]＝y[n-ε]ej(2πvn/N)+w[n]其中e为定时偏差，v为归一化频率偏差。式中h[m]为信道时延抽头模型中第m个抽头的复增益，L为抽头个数，w[n]为复高斯白噪声。定时同步算法是根据r[n]中模型，估计出定时偏差e和频率偏差v的值。本专利所述的自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法。正是基于如上所述的系统信号模型所提出的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种多段重复的导言结构，通过新的算法测度，充分利用多段重复导言结构和循环前缀所携带的信息，结合互相关和自相关函数的特性，获得更好的定时同步性能。多段重复导言结构说明如下：如图1所示，本实施例中导言是由Q段长度为D的重复结构及其长度为G的循环前缀构成的总长度为N+G的序列，其中N＝Q×D，G<N。该算法主要包括以下步骤：S1、如图2所示，对发送的多段重复导言结构进行分段处理，构造各阶乘积矩阵。将长为N+G的发送序列s＝[s[0],s[1],...,s[N+G-1]]划分为Q段长度为D+G的相互重叠的子向量vp，vp＝[sp,0,sp,1,...,sp,D+G-1]，sp,m＝s[pD+m]，m＝0,1,...,D+G-1，p＝0,1,…,Q-1，其中前后两个子向量vp和vp+1有G个元素的重叠。利用子向量vp的各阶乘积项构造矩阵。对于发送序列，由于导言为多段重复结构，各子向量vp,p＝0,1,...,Q-1完全相同。以子向量v0为例，由v0内任意两个不同元素构成的乘积项可以按阶数分类并表示为如下(D+G-1)×(D+G-1)的矩阵C0：S2、如图2所示，对接收序列进行分段处理，构造各阶乘积矩阵。在粗同步的基础上，本专利技术假设系统已经进行了突发帧的检测与初始粗同步。假定n0为粗同步定时点，定时细同步假设在该粗同步定时点前后选择一定范围作为搜索范围，设为[n0-L1,n0+L2]。将从第n点开始长为N+G的接收序列r[n]＝[r[n],r[n+1],...,r[n+N+G-1]]，n∈[n0-L1,n0+L2]划分为Q段长度为D+G的相互重叠的子向量up，m＝0,1,...,D+G-1,p＝0,1,…,Q-1，其中前后两个子向量up和up+1有G个元素的重叠。由up内任意两个不同元素构成的乘积项可以按阶数分类并表示为如下(D+G-1)×(D+G-1)的矩阵Rp,p＝0,1,...,Q-1：S3、互相关度量指标的计算。从矩阵Cp和Rp选取对应的λ行构造互相关度量指标。选中的行数记为l0,l1,...,lλ-1，则互相关定时度量指标可以表示为：其中其中S4、自相关度量指标的计算。如图3所示，利用接收序列的多段重复结构构造自相关定时度量指标：其中P2[n]＝|Λ1[n]|+|Λ2[n]|+...+|ΛK[n]|，n0-L1≤n≤n0+L2其中其中，vp[n]＝[r[n+pD],r[n+pD+1],…,r[n+pD+D+G-1]]T,p＝0,1,…,K。注意这里参与自相关计算的两段数据考虑了导言中的G个循环前缀符号。K为参与自相关运算的重复数据段数，K的具体取值可根据系统性能要求和信道的状况进行调整,并且1≤K≤Q-1。S5、定时细同步。结合互相关和自相关的度量指标，新定时度量指标为M[n]＝M1[n]M2[n]。在粗同步范围[n0-L1,n0+L2]内寻找新定时度量指标最大值，则最终的定时细同步点为：S6、频率偏差的估值为：其中，Q为重复导言结构总的段数，H是可调因子，其范围为：1≤H≤Q-1，表示取复数x的相角。本专利技术的技术优势：在导言的结构上，本专利技术充分利用循环前缀所携带的冗余信息，消除了循环前缀所产生的“平台效应”或伪峰。在度量指标的设计上，本专利技术新定时度量指标结合了互相关度量指标和自相关度量指标，定时包络尖锐，能够获得更好的定时性能。附图说明图1为本专利技术自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法导言结构示意图；图2为本专利技术自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法中各阶乘积矩阵的构造示意图；图3为本专利技术自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法中自相关算法的计算示意图；图4为本专利技术自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法整体框架示意图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参见图1、图2、图3、图4。图1是本实施例中的导言结构示意图。图2是本实施例中各阶乘积矩阵的本文档来自技高网...

【技术保护点】
自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法，包括以下步骤：步骤1、对发送的多段重复导言结构进行分段处理，构造各阶乘积矩阵；将长为N+G的发送序列s＝[s[0],s[1],...,s[N+G‑1]]划分为Q段长度为D+G的相互重叠的子向量vp，vp＝[sp,0,sp,1,...,sp,D+G‑1]，sp,m＝s[pD+m]，m＝0,1,...,D+G‑1，p＝0,1,…,Q‑1，其中前后两个子向量vp和vp+1有G个元素的重叠；利用子向量vp的各阶乘积项构造矩阵，对于发送序列，由于导言为多段重复结构，各子向量vp,p＝0,1,...,Q‑1完全相同，以子向量v0为例，由v0内任意两个不同元素构成的乘积项可以按阶数分类并表示为如下(D+G‑1)×(D+G‑1)的矩阵C0：

【技术特征摘要】
1.自相关与互相关结合的多段重复序列OFDM同步算法，包括以下步骤：步骤1、对发送的多段重复导言结构进行分段处理，构造各阶乘积矩阵；将长为N+G的发送序列s＝[s[0],s[1],...,s[N+G-1]]划分为Q段长度为D+G的相互重叠的子向量vp，vp＝[sp,0,sp,1,...,sp,D+G-1]，sp,m＝s[pD+m]，m＝0,1,...,D+G-1，p＝0,1,…,Q-1，其中前后两个子向量vp和vp+1有G个元素的重叠；利用子向量vp的各阶乘积项构造矩阵，对于发送序列，由于导言为多段重复结构，各子向量vp,p＝0,1,...,Q-1完全相同，以子向量v0为例，由v0内任意两个不同元素构成的乘积项可以按阶数分类并表示为如下(D+G-1)×(D+G-1)的矩阵C0：步骤2、对接收序列进行分段处理，构造各阶乘积矩阵，在粗同步的基础上，本发明假设系统已经进行了突发帧的检测与初始粗同步，假定n0为粗同步定时点，定时细同步假设在该粗同步定时点前后选择一定范围作为搜索范围，设为[n0-L1,n0+L2]；将从第n点开始长为N+G的接收序列r[n]＝[r[n],r[n+1],...,r[n+N+G-1]]，n∈[n0-L1,n0+L2]划分为Q段长度为D+G的相互重叠的子向量up，其中前后两个子向量up和up+1有G个元素的重叠，由up内任意两个不同元素构成的乘积项可以按阶数分类并表示为如下(D+G-1)×(D+G-1)的矩阵Rp,p＝0,1,...,Q-1：步骤3、在粗同步后的搜索范围内利用矩阵Cp和Rp构造互相关度量指标P1[n]；步骤4、在粗同步后的搜索范围内利用接收序列的多段重复结构构造自相关定时度量指标P2[n]；步骤5、结合互相关和自相关的度量指标确定新定时度量指标，在粗同步范围内寻找新定时度量指标的最大值确定最终的细同步点步骤6、在细同步的基础上估计频率偏差值，频率偏差的估值为：其中，Q为重复导言结构总的段数，H是可调因子，其范围为：1≤H≤Q-1，表示取复数x的相角。2.根据权利要求1所述的自相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：余华，洪成昌，季飞，陈芳炯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44