一种高速环境下的OFDM同步方法技术

本发明专利技术公开了一种高速环境下的OFDM同步方法，在发射端，先根据频谱估计范围与多径时延确定OFDM参数，对小m序列进行扩频后，设计前导序列与两种不同的导频结构，并进行8相位量化；在接收端，根据前导序列进行定时同步与频谱粗估，然后根据两种导频结构进行频偏精估，从而得到总的频谱估计结果，并进行频偏补偿。本发明专利技术实现了高速环境下的快速同步，大大节约了资源开销。了资源开销。了资源开销。

【技术实现步骤摘要】
一种高速环境下的OFDM同步方法


[0001]本专利技术属于通信信号处理
，具体涉及一种高速环境下的OFDM同步方法。

技术介绍

[0002]OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用)技术的主要思想为，在频域内将信道划分为若干个正交子信道，在每个正交子信道上采用子载波进行调制，各路子载波并行传输。由于在单个正交子信道上是进行窄带传输，且各个正交子信道上的载波相互正交，因此可以大大消除信号波形间的干扰，并提高了频谱利用率。OFDM技术现已被广泛应用于移动通信中。
[0003]同步是OFDM技术中极其重要的一环，直接关系到通信系统的整体性能，主要包括定时同步于载波同步。目前采用的同步方法主要包括以下几类：
[0004]一、基于CP的同步方法。由于CP和部分数据相同，因此可以通过计算两者之间的相关性获取同步参数，该方法不需要额外的组帧开销，但受多径影响较大，频谱估计范围小。
[0005]二、基于导频的同步方法。该方法需要在帧结构中插入导频序列进行同步，计算复杂度低，同步性能好，但估计范围小。
[0006]三、基于训练序列的同步方法。该方法可以根据系统需要灵活选取训练符号，虽然存在因为传输训练符号带来的负荷问题，但不受多径信道影响，估计范围大。
[0007]高速环境下，平台快速移动带来的大多普勒频率将导致信道发生快速变化，产生符号定时偏差与载波频率偏差，破坏OFDM系统子载波间的正交性，系统性能会因符号间干扰ISI与码间干扰ICI而下降。现有的OFDM同步方法频谱估计范围有限，计算量大，在高速环境下受大多普勒频偏与多径信道影响，同步准确性下降，进而影响系统性能。

技术实现思路

[0008]本专利技术的专利技术目的在于提供一种高速环境下的OFDM同步方法，在发射端，先根据频谱估计范围与多径时延确定OFDM参数，对小m序列进行扩频后，设计前导序列与两种不同的导频结构，并进行8相位量化；在接收端，根据前导序列进行定时同步与频谱粗估，然后根据两种导频结构进行频偏精估，从而得到总的频谱估计结果，并进行频偏补偿，实现了高速环境下的快速同步，大大节约了资源开销。
[0009]本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种高速环境下的OFDM同步方法，在发射端包含以下步骤：
[0011]根据频偏估计范围与多径时延确定子载波间隔，并计算OFDM符号长度与有效子载波数，根据OFDM符号长度与有效子载波数确定ZC序列的长度，并对该ZC序列进行快速傅里叶逆变换IFFT生成时域扩频码，利用产生的扩频码对小m序列进行扩频，产生前导序列并进行8相位量化；
[0012]根据OFDM符号长度和有效子载波数确定ZC序列的长度与时域导频符号长度，并对ZC序列进行IFFT变换得到导频符号，在导频符号前添加二种不同长度的循环前缀后产生第
一导频和第二导频，并对第一导频和第二导频进行8相位量化。其中，第一导频的循环前缀长度与导频符号相同，第二导频的循环前缀长度为导频符号的1/2；
[0013]对原始传输数据进行加扰、编码、交织、调制与OFDM调制后，产生数据符号，数据块开始时插入第一导频，随后每两个数据符号后插入一个第二导频，组帧后进行发射；
[0014]在接收端包含以下步骤：
[0015]接收到发射的信号后，对接收信号进行8相位量化，将不同角度范围内的信号分别映射到8个相位，然后将量化后的接收信号与本地ZC序列进行相关完成成定时同步；
[0016]定时完成后，由前导序列进行频谱粗估；
[0017]取出两段数据符号前后的导频符号进行自相关计算，进行频偏精估，并利用频谱粗估结果对相关结果进行纠正，得到总频偏。
[0018]较佳地，将量化后的接收信号与本地ZC序列进行相关的方法为先进行第一次相关，即量化后的接收信号与本地ZC序列共轭相乘再累加，第一次相关结果得到N个峰值，N为小m序列的长度：
[0019]对第一次的相关结果进行解差分后，即错位一个扩频码的长度L进行共轭相乘，再与本地差分前的小m序列进行第二次相关，即每次间隔L取N个数与本地小m序列共轭相乘再相加；第二次相关结果会出现一个较大的峰值，由此峰值设定门限进行捕获，再搜索最大值进行定时。
[0020]较佳地，频谱粗估为从定时位置取出第一次相关结果中的N个峰值与本地差分后的小m序列相乘，对得到的结果做M点FFT，再取模求最大值，由最大值及其对应的下标位置进行频偏计算，估出第一级频偏fre_set1。
[0021][0022]其中b为FFT输出序列模值最大的位置，Fsymb为符号率，L为扩频码长度，M为FFT点数。
[0023]较佳地，频谱精估为取出OFDM数据符号前后两段导频符号进行相关，再用第一级频偏fre_set1对该相关结果进行纠正；
[0024][0025]其中LL为导频长度，Fd为数据符号速率，M为两段导频的间隔；
[0026]对纠正后的相关结果求角度，得到二级精估频偏角度exact_esti_angle与第二级频偏exact_offset_esti：
[0027]exact_esti_angle＝angle(exact_esti_corr)
[0028][0029]将第一级频偏与第二级频偏相加得到最终总频偏：
[0030]total_offset_esti＝exact_offset_esti+fre_set1
[0031]将计算的最终频偏total_offset_esti转换成，再与完成定时后数据相乘，得到频偏纠正后的数据：
[0032][0033]其中x为数据采样点。
[0034]本专利技术的有益效果在于：
[0035]1、在发射端，基于ZC序列的前导序列产生、导频结构设计与数据块产生可以有效减少大多普勒频偏带来的符号定时偏差与载波频率偏差影响，使得系统具备一定的抗多普勒与抗多径能力。
[0036]2、在接收端，基于自相关的定时同步与快速载波同步能够在大多普勒环境下，结合发射端的前导序列和二种导频结构采用二次相关方法进行定时同步，提高了系统在高速环境下的性能。
附图说明
[0037]图1为前导序列结构示意图。
[0038]图2为导频结构产生方式示意图。
[0039]图3为数据块结构示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0041]本实施例所示的一种高速环境下的OFDM同步方法，在发射端包含前导序列产生方法、导频产生方法和数据块产生方法，
[0042]前导序列产生方法：如图1与图2所示，根据频偏估计范围与多径时延确定子载波间隔，并计算OFDM符号长度与有效子载波数，根据OFDM符号长度与有效子载波数，选取长度合适的ZC序列，并对该ZC序列进行快速傅里叶逆变换IFFT生成时域扩频码，利用产生的扩频码对小m序列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速环境下的OFDM同步方法，其特征在于：在发射端包含以下步骤：根据频偏估计范围与多径时延确定子载波间隔，并计算OFDM符号长度与有效子载波数，根据OFDM符号长度与有效子载波数确定ZC序列的长度，并对该ZC序列进行快速傅里叶逆变换IFFT生成时域扩频码，利用产生的扩频码对小m序列进行扩频，产生前导序列并进行8相位量化；根据OFDM符号长度和有效子载波数确定ZC序列的长度与时域导频符号长度，并对ZC序列进行IFFT变换得到导频符号，在导频符号前添加二种不同长度的循环前缀后产生第一导频和第二导频，并对第一导频和第二导频进行8相位量化；其中，第一导频的循环前缀长度与导频符号相同，第二导频的循环前缀长度为导频符号的1/2；对原始传输数据进行加扰、编码、交织、调制与OFDM调制后，产生数据符号，数据块开始时插入第一导频，随后每两个数据符号后插入一个第二导频，组帧后进行发射。2.根据权利要求1所述的一种高速环境下的OFDM同步方法，其特征在于：在接收端包含以下步骤：接收到发射的信号后，对接收信号进行8相位量化，将不同角度范围内的信号分别映射到8个相位，然后将量化后的接收信号与本地ZC序列进行相关完成成定时同步；定时完成后，由前导序列进行频谱粗估；取出两段数据符号前后的导频符号进行自相关计算，进行频偏精估，并利用频谱粗估结果对相关结果进行纠正，得到总频偏。3.根据权利要求2所述的一种高速环境下的OFDM同步方法，其特征在于：将量化后的接收信号与本地ZC序列进行相关的方法为先进行第一次相关，即量化后的接收信号与本地ZC序列共轭相乘再累加，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨婷，彭文攀，李金喜，胡飞，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：