专利名称：一种基于峰值检测的ofdm-uwb系统同步方法
技术领域：
本发明属于短距离无线通信技术领域，具体涉及到正交频分复用超宽带(简写 “OFDM-UffBOrthogonal Frequency Division Multiplexing-Ultra Wideband") 通信系统的同步方法。
背景技术：
超宽带(UWB)技术是一种新兴的、目前受到广泛关注的无线通信技术，由于其具 有极大的带宽，系统容量大，在短距离内传输速率高，抗多径能力强等特点，被视作短距离、 高速无线连接最具开发潜力的传输技术，并具有广阔的应用前景。OFDM-UWB是UWB载波调 制方案中的一种，它基于OFDM技术，兼容了 OFDM技术的许多优点。同步是接收端首先要解 决的问题，同时也是接收端最重要的组成部分之一，然而OFDM-UWB系统发射功率低，多径 信道分量密集以及载波频率偏移较大等因素的存在均增大了系统同步的难度，因此，同步 已经成为OFDM-UWB系统设计的关键问题。OFDM-UWB 系统的同步是基于 PS(Packet/Frame Synchronization)序列的，在具 体实现上包括定时同步、帧同步和粗的频率同步(频偏估计)三部分，其中定时同步包括帧 捕获(检测)和粗的符号定时同步，帧捕获信号可用作介质访问控制(MAC)层的载波侦听 信号，符号定时同步是用来确定OFDM符号起始位置；帧同步用于确定PS序列结尾；OFDM技 术对频率偏差较为敏感，载波频率偏差破坏了各个子载波之间的正交性，所以在帧同步之 后需要对频偏进行估计，实现频率同步。目前，在传统的互相关算法基础之上，针对OFDM-UWB系统，有许多改进的同步方 案。其中对性能提升较大的有延迟自相关方案，对低信噪比有较好的鲁棒性，但是不能克服 多径影响。在延迟自相关之后进行多径能量累积，虽然实现复杂度有了一定程度的提高，但 同步性能较之前有了很大的改善。现有的能量累积方案是对延迟自相关结果进行累加处 理，对于ECMA-368标准中所提到的四种不同的信道环境，不具有普适性，尤其对于CM4这种 信道模式，多径能量分散，同步效果并不是很好。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对上述同步方法存在的不足，提供一种基于峰值 检测的OFDM-UWB系统同步方法，在不增加硬件实现复杂度的基础上，进一步改善同步性 能，使其更具有准确性和普适性。技术方案本发明所述的一种基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法，它是对现 有的延迟自相关方法进行了改进，采用能量加权方式累积信道能量。首先利用ECMA-368标准中给出的PS时域基本符号，完成互相关运算；对相关结 果进行延迟自相关，由于延迟自相关与差分运算相类似，将一次延迟自相关定义为一阶差 分；在捕获阶段，采用与多径信道的功率延迟分布具有近似分布的加权系数，对延迟自相关 结果加权运算，其结果取模运算后与接收信号的累积能量比较以捕获发送信号，然后采用峰值检测方法获得符号定时位置；之后改变加权系数的值，换为累加操作，对累加结果再 进行一次延迟自相关运算，实际上实现了对接收重复序列的二阶差分运算，倘若此结果与 ECMA-368标准中给出的同步码二阶差分结果相同，则完成了帧同步，最后利用已有的一阶 差分结果实现频偏估计。本发明所述的基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法，具体包括如下步骤(1)帧捕获阶段首先对接收信号进行两路处理，上支路是连续进行匹配滤波、延 迟自相关和准匹配滤波运算，下支路是信号能量累积运算，分别得到U、V两个量，通过比较 二者大小实现帧捕获，然后通过搜索峰值位置实现粗的符号定时同步；(2)帧同步阶段帧同步实现受步骤(1)的结果Cap_ok信号控制，当Cap_ok = 1 为真时，启动帧同步运算，反之重复步骤(1)的操作；(3)频偏估计阶段频偏估计实现受步骤(2)的结果synC_ok信号控制，当sync_ ok = 1为真时，启动频偏估计运算，反之重复步骤(1)的操作。步骤(1)中，上支路的处理步骤如下(11)接收信号r (η)首先经过滤波处理，此滤波器是与发送端使用的基本PS序列 相对应的匹配滤波器；采用基本PS序列的符号ρ(η)作为滤波器的系数；此步骤实现了数 据的互相关运算，以CC表示，CC的结果c (η)为
权利要求
一种基于峰值检测的OFDM UWB系统同步方法，其特征在于具体包括如下步骤(1)帧捕获阶段首先对接收信号进行两路处理，上支路是连续进行匹配滤波、延迟自相关和准匹配滤波运算，下支路是信号能量累积运算，分别得到U、V两个量，通过比较二者大小实现帧捕获，然后通过搜索峰值位置实现粗的符号定时同步；(2)帧同步阶段帧同步实现受步骤(1)的结果cap_ok信号控制，当cap_ok＝1为真时，启动帧同步运算，反之重复步骤(1)的操作；(3)频偏估计阶段频偏估计实现受步骤(2)的结果sync_ok信号控制，当sync_ok＝1为真时，启动频偏估计运算，反之重复步骤(1)的操作。
2.根据权利要求1所述的基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法，其特征在于步骤 (1)中，上支路的处理步骤如下(11)接收信号r(η)首先经过滤波处理，此滤波器是与发送端使用的基本PS序列相对 应的匹配滤波器；采用基本PS序列的符号ρ (η)作为滤波器的系数；此步骤实现了数据的 互相关运算，以CC表示，CC的结果c (η)为127咖)=1户 ("-幻，其中表示x(n)的共轭运算，下同；A=O(12)对步骤(11)的结果c(η)作延迟自相关运算，如下式 ζ (n) =c (η) c* (n+D)，ζ (η)为输出结果，D的选取与跳频方式有关，在不跳频模式下，D = 165 ；(13)对步骤(12)结果进行准匹配滤波，即实现多径能量加权累积；输出结果Lu{n) 二一()，i=0α以及L均是可调整参数，在同步性能仿真过程中可以进行优化，其中0< α ^ 1, L 彡 32 ；(14)取模运算，U=I u (η) |。
3.根据权利要求1所述的基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法，其特征在于步骤(1)中，下支路的比较量V计算式如下164 /=0V = V' XTh ； 式中的Th是预设门限值。
4.根据权利要求1所述的基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法，其特征在于步骤(2)具体包括以下步骤(21)匹配滤波，实现数据的互相关运算；(22)在步骤(21)的基础上，实现第一次延迟自相关运算，之后根据步骤(1)所给出的 峰值位置确定累加窗的位置，进行求和运算；(23)二阶差分处理，对步骤(22)的结果再进行一次延迟自相关运算，消除载波频偏对 帧同步性能的影响；(24)提取步骤(23)结果的实部符号并保存；(25)搜索同步码，取其二阶差分结果末尾六个符号作为比较标准，在有限长度范围内搜索，当步骤(24)结果与以上符号序列相同时则完成了帧同步。
全文摘要
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于峰值检测的OFDM-UWB系统同步方法。对现有的“互相关+延迟自相关+累加运算”方法做了改进，使用准匹配滤波运算取代了累加运算，不仅实现了多径信道能量的累积，同时也抑制了能量收集过程中的噪声分量，更加有利于信号捕获，同时通过搜索峰值位置可以较准确的实现符号定时同步，在此基础上利用ECMA-368所提供的的同步码序列实现帧同步，进而实现频偏估计。与传统的超宽带同步方法相比，本发明提出的方法更具有普适性和准确性。
文档编号H04L27/26GK101951356SQ20101029504
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者常洪雨, 徐仲宁, 李进学, 杜永强, 杨金凯, 王捷, 王海, 蒋良成 申请人:东南大学;江苏东大通信技术有限责任公司