專利名稱：靈活子載波ofdm系統(tǒng)的同步方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法及裝置。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)是多載波調(diào)制方法中的一種，其主要思想是將高速的串行數(shù)據(jù)流分成若干組低速的并行數(shù)據(jù)流，調(diào)制在各個(gè)子信道上傳輸，使每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬都小于信道的相干帶寬，能夠有效地降低頻率選擇性衰落的影響。隨著無(wú)線通信的發(fā)展，支持多業(yè)務(wù)傳輸?shù)臒o(wú)線傳輸系統(tǒng)得到了廣泛的關(guān)注。靈活子載波OFDM技術(shù)通過(guò)在有效子載波集Ω上調(diào)制子載波，在其它子信道上調(diào)制虛擬子載波，可以靈活改變系統(tǒng)的中心頻率和帶寬，給信號(hào)的靈活傳輸提供了一種解決方案。相對(duì)于單載波系統(tǒng)，OFDM技術(shù)對(duì)同步偏差更加敏感，因此要求在接收端進(jìn)行更加精確的同步。造成接收端和發(fā)送端存在同步偏差的原因主要有三個(gè)第一個(gè)是對(duì)OFDM數(shù)據(jù)塊進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation, FFT)運(yùn)算的窗口位置存在偏差； 第二個(gè)是接收端和發(fā)送端載波時(shí)鐘晶振不完全匹配和多普勒平移造成的載波頻率偏差和載波相位偏差；第三個(gè)是接收端和發(fā)送端采樣時(shí)鐘晶振不完全匹配造成的采樣頻率偏差和相位偏差。同步偏差會(huì)破壞OFDM子載波之間的正交性，造成符號(hào)間串?dāng)_(ISI)和子載波間干擾(ICI)。到目前為止已經(jīng)有了一些OFDM同步方法。文獻(xiàn)[T.M. Schmidl，and D. C. Cox, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM,，，IEEE Trans. Commun, vol. 45,pp. 1613-1621,Dec. 1997]提出一種滑動(dòng)自相關(guān)的方法，復(fù)雜度較低，但是定時(shí)估計(jì)在低信噪比和多徑環(huán)境下存在較大的方差，文獻(xiàn)(Jun. Wang，Zhi-Xing. Yang，Meng. Han, and Chang-Yong. Pan,"A Combined Code Acquisition and Symbol Timing Recovery Method for TDS-0FDM, "IEEE Trans. Broadcast, ,vol. 49，no. 3, Sept. 2003.)利用接收信號(hào)和本地序列做滑動(dòng)互相關(guān)，可以進(jìn)行精確的定時(shí)估計(jì)，可是復(fù)雜度比較高。因此需要一種精度高、 復(fù)雜比較低的同步方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)一種精確的定時(shí)估計(jì)，并且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低的OFDM系統(tǒng)的同步方法。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，包括以下步驟Sl 發(fā)送端在有效子載波集上調(diào)制已知序列生成訓(xùn)練序列幀，調(diào)制有效數(shù)據(jù)生成時(shí)域信號(hào)幀；S2 發(fā)送端將所述訓(xùn)練序列幀與所述時(shí)域信號(hào)幀組成發(fā)射信號(hào)，并通過(guò)天線或耦合器發(fā)射；S3 接收端對(duì)接收信號(hào)和本地訓(xùn)練序列進(jìn)行降采樣；S4 接收端利用降采樣信號(hào)進(jìn)行定時(shí)估計(jì)；S5 接收端進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。其中，在步驟Sl中，生成時(shí)域信號(hào)幀的方式為在所述有效子載波集上調(diào)制有效數(shù)據(jù)，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到時(shí)域信號(hào)幀。其中，在步驟Sl中，生成訓(xùn)練序列幀的方式為在有效子載波集上調(diào)制已知序列， 在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到訓(xùn)練序列幀。其中，在步驟S2中，所述訓(xùn)練序列幀與所述時(shí)域信號(hào)幀組成發(fā)射信號(hào)的方式為 突發(fā)方式組幀或連續(xù)方式組幀。其中，在步驟S3中，進(jìn)行降采樣時(shí)降采樣因子為小于最大降采樣因子的任意整數(shù)，其中最大降采樣因子等于子載波總數(shù)和所述有效子載波集大小的比值。其中，在步驟S4中，利用降采樣后的接收信號(hào)和降采樣后的本地訓(xùn)練序列進(jìn)行滑動(dòng)互相關(guān)，相關(guān)峰的位置指示估計(jì)的最佳起始點(diǎn)的位置。其中，在步驟S4中，滑動(dòng)互相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式為時(shí)域?qū)崿F(xiàn)或通過(guò)FFT輔助實(shí)現(xiàn)。其中，在步驟S5中，利用降采樣信號(hào)的相鄰兩個(gè)相關(guān)峰進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)， 或利用降采樣之前的相鄰兩個(gè)訓(xùn)練序列幀之間的自相關(guān)特性進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。本發(fā)明還提供給了一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步裝置，包括發(fā)送端和接收端， 所述發(fā)送端包括信號(hào)生成單元，用于在有效子載波集上調(diào)制有效數(shù)據(jù)，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到時(shí)域信號(hào)幀；訓(xùn)練序列生成單元，用于在有效子載波集上調(diào)制優(yōu)選的已知序列，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到訓(xùn)練序列幀；組幀單元，用于將訓(xùn)練序列和待傳輸信號(hào)依次組幀；所述接收端包括降采樣單元用于將本地訓(xùn)練序列和接收序列分別進(jìn)行降采樣；滑動(dòng)互相關(guān)單元用于將降采樣后的接收信號(hào)和降采樣后的本地訓(xùn)練序列進(jìn)行滑動(dòng)互相關(guān)；定時(shí)估計(jì)單元用于通過(guò)搜索滑動(dòng)互相關(guān)單元相關(guān)峰的位置估計(jì)接收信號(hào)最佳起始點(diǎn)的位置；載波頻率偏移估計(jì)單元用于根據(jù)定時(shí)估計(jì)單元得到的相鄰的兩個(gè)相關(guān)峰，或未降采樣的相鄰的兩個(gè)訓(xùn)練序列的自相關(guān)進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。(三)有益效果本發(fā)明通過(guò)對(duì)接收信號(hào)和本地訓(xùn)練序列進(jìn)行降采樣，以及FFT輔助實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)互相關(guān)的方法，實(shí)現(xiàn)了精確的定時(shí)估計(jì)和載波頻率偏移估計(jì)，并且相對(duì)傳統(tǒng)算法具有較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法流程圖；圖2為采用靈活子載波分配方式的OFDM塊頻域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖3為依照本發(fā)明一種傳輸信號(hào)的突發(fā)方式幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為依照本發(fā)明一種傳輸信號(hào)的連續(xù)方式幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為依照本發(fā)明一種裝置的發(fā)送端結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為依照本發(fā)明一種裝置的接收端結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式下采樣之前及下采樣之后的接收信號(hào)的頻譜圖；圖8為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式下采樣之前及下采樣之后的接收信號(hào)的頻譜圖；圖9為FFT輔助實(shí)現(xiàn)互相關(guān)示意圖；圖10為本發(fā)明提出的方法在突發(fā)幀結(jié)構(gòu)方式下定時(shí)估計(jì)的誤檢概率和漏檢概率曲線；圖11為本發(fā)明提出的方法在突發(fā)幀結(jié)構(gòu)方式下定時(shí)估計(jì)的均方誤差曲線；圖12為本發(fā)明提出方法在突發(fā)幀結(jié)構(gòu)方式下載波頻率偏移估計(jì)的歸一化均方誤差曲線；圖13為本發(fā)明提出方法在連續(xù)幀結(jié)構(gòu)方式下的載波頻率偏移估計(jì)的歸一化均方
誤差曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法包括步驟S101，時(shí)域信號(hào)幀的生成方式為只在有效子載波集上調(diào)制有效數(shù)據(jù)(有效數(shù)據(jù)即為要發(fā)送的數(shù)據(jù))，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)(即有效數(shù)據(jù))進(jìn)行傅里葉反變換，得到發(fā)送的時(shí)域信號(hào)s (η)，其中，有效子載波集是用戶根據(jù)業(yè)務(wù)的不同需要自行選定的子載波集，
權(quán)利要求
1.一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，包括以下步驟51發(fā)送端在有效子載波集上調(diào)制已知序列生成訓(xùn)練序列幀，調(diào)制有效數(shù)據(jù)生成時(shí)域信號(hào)幀；52發(fā)送端將所述訓(xùn)練序列幀與所述時(shí)域信號(hào)幀組成發(fā)射信號(hào)，并通過(guò)天線或耦合器等發(fā)射；53接收端對(duì)接收信號(hào)和本地訓(xùn)練序列進(jìn)行降采樣；54接收端利用降采樣信號(hào)進(jìn)行定時(shí)估計(jì)；55接收端進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟Sl中， 生成時(shí)域信號(hào)幀的方式為在所述有效子載波集上調(diào)制有效數(shù)據(jù)，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到時(shí)域信號(hào)幀。
3.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟Sl中， 生成訓(xùn)練序列幀的方式為在有效子載波集上調(diào)制已知序列，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到訓(xùn)練序列幀。
4.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟S2中， 所述訓(xùn)練序列幀與所述時(shí)域信號(hào)幀組成發(fā)射信號(hào)的方式為突發(fā)傳輸方式組幀或連續(xù)傳輸方式組幀。
5.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟S3中， 進(jìn)行降采樣時(shí)降采樣因子為小于最大降采樣因子的任意整數(shù)，其中最大降采樣因子等于子載波總數(shù)和所述有效子載波集大小的比值。
6.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟S4中， 利用降采樣后的接收信號(hào)和降采樣后的本地訓(xùn)練序列進(jìn)行滑動(dòng)互相關(guān)，相關(guān)峰的位置指示估計(jì)的最佳起始點(diǎn)的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟S4中， 滑動(dòng)互相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式為時(shí)域?qū)崿F(xiàn)或通過(guò)FFT輔助實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1所述的靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，其特征在于，在步驟S5中， 利用降采樣信號(hào)的相鄰兩個(gè)相關(guān)峰進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)，或利用降采樣之前的相鄰兩個(gè)訓(xùn)練序列幀之間的自相關(guān)特性進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。
9.一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步裝置，包括發(fā)送端和接收端，其特征在于，所述發(fā)送端包括信號(hào)生成單元，用于在有效子載波集上調(diào)制有效數(shù)據(jù)，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到時(shí)域信號(hào)幀；訓(xùn)練序列生成單元，用于在有效子載波集上調(diào)制優(yōu)選的已知序列，在其他子載波上調(diào)制虛擬子載波，然后對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉反變換，并加上相應(yīng)保護(hù)間隔，得到訓(xùn)練序列幀；組幀單元，用于將訓(xùn)練序列和待傳輸信號(hào)依次組幀；所述接收端包括降采樣單元用于將本地訓(xùn)練序列和接收序列分別進(jìn)行降采樣；滑動(dòng)互相關(guān)單元用于將降采樣后的接收信號(hào)和降采樣后的本地訓(xùn)練序列進(jìn)行滑動(dòng)互相關(guān)；定時(shí)估計(jì)單元用于通過(guò)搜索滑動(dòng)互相關(guān)單元相關(guān)峰的位置估計(jì)接收信號(hào)最佳起始點(diǎn)的位置；載波頻率偏移估計(jì)單元用于根據(jù)定時(shí)估計(jì)單元得到的相鄰的兩個(gè)相關(guān)峰，或未降采樣的相鄰的兩個(gè)訓(xùn)練序列的自相關(guān)進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種靈活子載波OFDM系統(tǒng)的同步方法，涉及無(wú)線通信傳輸技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟S1發(fā)送端根據(jù)業(yè)務(wù)需要選定的有效子載波集上調(diào)制已知序列生成訓(xùn)練序列幀，調(diào)制有效數(shù)據(jù)生成時(shí)域信號(hào)幀；S2發(fā)送端將所述訓(xùn)練序列幀與所述時(shí)域信號(hào)幀組成發(fā)射信號(hào)，并通過(guò)天線或耦合器等發(fā)射；S3接收端對(duì)接收信號(hào)和本地訓(xùn)練序列進(jìn)行降采樣；S4接收端利用降采樣信號(hào)進(jìn)行定時(shí)估計(jì)；S5接收端進(jìn)行載波頻率偏移估計(jì)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了精確的定時(shí)估計(jì)，且方法的復(fù)雜度較低。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102256347SQ20111021051
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者劉建明, 宋健, 楊昉, 王一蓉, 耿亮, 董康輝, 袁洲, 趙丙鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)信息通信有限公司, 清華大學(xué)