專利名稱：多頻帶ofdm超寬帶接收機同步與信道估計方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
同步與信道估計算法是無線通信接收機中決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部分，本發(fā)明提出多頻帶OFDM超寬帶接收機中完整的同步與信道估計方案，具體涉及幀檢測、符號定時、載波頻率同步、采樣頻率同步及信道估計與均衡。該方案可廣泛應(yīng)用于基于多頻帶OFDM方式的高速短距離超寬帶無線通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWB)系統(tǒng)具有傳輸速率高、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，是未來無線通信領(lǐng)域的發(fā)展方向。多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)是UWB物理層技術(shù)方案之一，被建議作為無線個人局域網(wǎng)IEEE802. 15. 3a的物理層標(biāo)準(zhǔn)，并被歐洲ECMA-368、國際IS0/IEC26907 及中國GB/T26229-2010標(biāo)準(zhǔn)采納。MB-0FDM-UWB被譽為取代藍牙的下一代高速短距離無線通信技術(shù)，最高支持480Mbps傳輸速率，又被稱為“無線USB2. O”。ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了如下系統(tǒng)參數(shù)將3. 1-10. 6GHz頻段劃分為14個寬為528MHz的子頻帶，帶內(nèi)采用OFDM技術(shù)；每帶包括128個子載波，其由100個數(shù)據(jù)子載波、12個導(dǎo)頻子載波、10個保護子載波及6個空子載波組成，37點零后綴作為保護間隔；0FDM符號由時頻碼控制分時調(diào)制到不同中心頻率的載波上，實現(xiàn)多頻帶傳輸；標(biāo)準(zhǔn)前導(dǎo)序列中包括24個同步訓(xùn)練序列與6個信道估計序列。OFDM無線通信系統(tǒng)頻帶利用率高，抗多徑能力強，但對時頻同步偏差敏感。符號定時偏差造成FFT計算窗口位置錯誤，在CP-OFDM系統(tǒng)中若定時超前但不超過保護間隔則只造成相位偏轉(zhuǎn)，若定時滯后或定時超前且超出保護間隔范圍，則會導(dǎo)致符號間串?dāng)_(ISI)；載波頻率偏差造成各子載波正交性被破壞，帶來子載波間干擾(ICI);采樣頻率偏差可同時帶來ICI和ISI。ICI和ISI會導(dǎo)致接收端星座圖發(fā)生彌散，系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降，因此必須正確的進行時頻同步。OFDM系統(tǒng)的同步通常包括3方面內(nèi)容幀檢測及符號定時；載波頻率偏差估計及補償；采樣頻率偏差估計及補償。幀檢測一般為根據(jù)幀頭信息判斷是否有 有效數(shù)據(jù)幀到來，是同步的第一環(huán)節(jié)。幀檢測要求十分精確，不能有漏幀或虛幀，否則會產(chǎn)生很大的誤碼。符號定時同步的作用為找到OFDM符號的起始位置，即確定計算FFT時窗口的起始位，以便正確進行多載波的正交解調(diào)。符號定時位置錯誤可造成嚴(yán)重的ISI，極大影響系統(tǒng)性能。載波同步主要是對載波頻率進行同步，對子載波間隔進行歸一化的載波頻偏又可分為整數(shù)倍頻偏和小數(shù)倍頻偏。載波頻偏來自信道多普勒頻移及收發(fā)機本地振蕩器的不同步,破壞子載波正交性,引起ICI。采樣鐘同步主要是對采樣鐘頻率進行同步，采樣鐘的頻偏由收發(fā)機數(shù)模和模數(shù)變換的控制時鐘的不同步造成。采樣鐘頻率偏差會造成ICI，當(dāng)頻偏累積效應(yīng)達到一個整數(shù)倍采樣值時，相當(dāng)于引入一個符號定時偏差，則還會帶來ISI，所以可以把符號定時同步和采樣鐘同步聯(lián)合起來考慮。無線信道根據(jù)多徑時延的大小可分為頻率選擇性衰落和平坦衰落信道，根據(jù)通信終端移動速度快慢可分為快衰落和慢衰落信道。不同的信道環(huán)境對系統(tǒng)性能影響不同，對信道估計能力的要求也不同。信道估計算法一般基于訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻來實現(xiàn)，正確的設(shè)計信道估計輔助信息以及滿足性能要求且復(fù)雜度較低的信道估計算法是OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵。非時變信道下，一幀內(nèi)信道保持不變，可基于前導(dǎo)訓(xùn)練序列進行估計；在時變信道中，可使用連續(xù)或分散導(dǎo)頻實時的跟蹤信道的變化，導(dǎo)頻的樣式由信道相干時間與相干帶寬決定，導(dǎo)頻的時域間隔應(yīng)小于信道的相干時間，頻域間隔應(yīng)小于信道的相干帶寬。UWB信道的沖激響應(yīng)可表示為
權(quán)利要求
1.多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于本方案包括以下步驟 a.系統(tǒng)采用基帶數(shù)字域跳頻與解跳的多頻帶實現(xiàn)方式，在基帶發(fā)射機波形成型后進行跳頻，在接收機匹配濾波前實施解跳頻； b.將接收機中的載波初始于基帶第一頻帶中心頻率上，對系統(tǒng)實施粗定時同步，對粗定時位置進行滯后修正，并根據(jù)修正后的位置啟動解跳頻； c.啟動解跳頻后基于3個頻帶的信息實施細定時同步，對細定時位置進行二次滯后修正； d.基于前導(dǎo)同步序列分別估計三個頻帶頻偏，取平均后作為第二頻帶頻偏估計值，并推出其它兩頻帶頻偏； e.利用重疊相加操作將ZP-OFDM系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為CP-OFDM系統(tǒng)； f.基于前導(dǎo)信道估計序列進行頻域零階信道均衡； g.基于導(dǎo)頻進行頻域相位均衡以補償采樣頻偏引起的相位偏差； h.對符號定時位置進行超前預(yù)修正，用以補償采樣頻偏引起的整數(shù)倍樣值偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟a中所述的基帶跳頻機制下，系統(tǒng)收發(fā)機的混頻器只由單ー頻率的本地振蕩器控制，此載波頻率為3個頻帶中第二個頻帶的中心頻率。單頻帶頻譜在基帶分時跳頻到_F、0、F三個頻點上，基帶生成的3頻帶頻譜經(jīng)第二個載波整體調(diào)制到射頻，其中F為單頻帶基帶帶寬的2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟b中所述的粗定時同步所基于的歸一化自相關(guān)判決測度為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟c中所述的細定時同步所基于的能量窗ロ比值判決測度為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟d中所述的基于同步序列估計頻偏的公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟e中所述的重疊相加操作可描述為 其中，系統(tǒng)接收到的第i個時域OFDM符號為IX (N+Ng)的向量1; =Κο^,,ρ···>Wg-J，
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟f中所述的頻域零階信道均衡過程可描述為
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟g中所述的頻域相位均衡過程可描述為 其中h為導(dǎo)頻子載波序號，Θ U為第i個符號第j個子載波處估計出的相位偏差。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多頻帶OFDM超寬帶接收機同步與信道估計方案，其特征在于步驟h中所述的符號定時超前預(yù)修正值等于采樣頻偏造成的ー幀內(nèi)可能產(chǎn)生的最大整數(shù)倍樣值偏差數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明以為高速短距離超寬帶無線通信為應(yīng)用背景，為多頻帶OFDM超寬帶接收機提出完整的同步與信道估計方案采用基帶跳頻的多頻帶實現(xiàn)方案；提出基于自相關(guān)及能量檢測的符號定時方法；將基帶跳頻機制下單載波頻偏對系統(tǒng)的影響等效為與射頻跳頻一致，從而提出改進的最大似然估計方法；基于相位均衡補償采樣頻偏引起的頻域相位偏差；基于重疊相加及頻域均衡對信道進行補償，并同時補償剩余符號定時偏差、載波相位偏差、載波頻偏引起的幅度衰減、以及采樣頻偏引起的幅度衰減與整數(shù)倍樣值偏差。該方案充分利用保護間隔的容忍力，保證系統(tǒng)較好差錯性能的同時降低算法整體復(fù)雜度。
文檔編號H04L25/03GK102664859SQ20121015965
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者巨阿強, 戈立軍, 李春雨, 苗長云 申請人:天津工業(yè)大學(xué)