专利名称：分布式多发多收－正交频分复用系统帧同步方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的技术，尤其指该系统帧同步的方法、实现帧同步系统，以及发射装置和接收装置等。
背景技术：
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是一种多载波传输技术，它由于多载波之间相互重叠正交，因而具有较高的频谱效率，同时，它由于在时域上符号间隔较长并且每个符号前边插有循环前缀，因而它具有抵抗无线信道的多径时延的作用，可以将频率选择性的无线信道转换为针对每个子载波的平坦衰落信道，总之，OFDM技术是多径衰落信道下高速无线数据传输有效的解决方案，是未来无线通信先进的解决方案之一。
基于空间复用技术的多发多收(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统容量与发送天线数成线性关系，在不牺牲频谱和发送功率的条件下能够获得很高的频谱效率，因而受到广泛关注。根据发射机天线阵列的阵元间距离的远近，MIMO系统分为传统的集中式MIMO系统和分布式MIMO系统。传统的集中式MIMO系统的天线阵列的阵元间距离较近，通常放置在同一基站上。分布式MIMO系统的天线阵列的阵元间距离较远，如宏分集系统或者分布式系统的应用中，天线阵元放置在不同的基站上。与传统的集中式MIMO系统相比较，分布式MIMO系统能够获得更高的分集增益以及对空间信道的相关特性更为稳定，是未来MIMO系统演进的重要方向。
同步对于OFDM系统的整体性能有很大的影响。时间同步的精确性不够将直接导致快速傅立叶变换(FFT)窗口的定位不准确，从而导致严重的符号间干扰(ISI)。与此同时，频率同步的误差将引起子载波间干扰(ICI)，从而导致系统性能的下降。OFDM的同步包括时间粗同步，频率粗同步，时间精同步和频率精同步四个步骤。在这四步中通常是先进行时间粗同步的工作，而这一步的精度将对于其它三个步骤的运算复杂度和精度有很大的影响。在时间粗同步的过程中主要是要找到一帧的帧头。现在关于帧同步的研究多数集中在对于插入的已知导频序列的相关运算方式上。对于单发单收(SISO)OFDM系统的同步提出了很多的解决方案，而对于MIMO-OFDM系统的同步方案则相对研究的较少，尤其是分布式MIMO-OFDM系统的同步方案。
Mody和Stueber在“Receiver implementation for a MIMO OFDM system”(多发多收-正交频分复用系统的接收机的实现)，IEEE Volume 1，17-21 Nov.2002 Page(s)716-720，一文中假设了从不同发射天线上发送的数据均会在同一时间到达接收天线，即发送与接收端之间只存在一个单一的时间偏移量。由于MIMO系统的接收端所接收到的数据是所有发送天线送出的数据的叠加，因此有必要知道哪些数据是由哪个发送天线所送出的。所以需要找出不同天线发送的帧的帧头。当分布式MIMO-OFDM系统被使用的时候，即使不考虑信道的多径效应，从每个发送天线上所送出的帧也将会在不同时间到达接收端。在Mody和Stueber的文献中使用的前导序列(preamble)的结构对于每个发送天线都是一样的，而在Schenk和Zelst在“Frequency synchronization for MIMOOFDM wireless LAN systems”(多发多收-正交频分复用的无线局域网系统的频率同步)，2003 IEEE 58thVolume 2，6-9 Oct.2003 Page(s)781-785 Vol.2，一文中建议了在不同的发送天线上应该使用移位正交的PN序列作为前导，而且不同天线之间前导序列的移位应该超过信道响应时间。然而在“Frequencysynchronization for MIMO OFDM wireless LAN systems”中提出的方案只是考虑了信道的多径效应，并没有考虑分布式情况下的不同发射天线之间的延时。
由此可见，现有的所有方案都基于非分布式的MIMO-OFDM系统，而且是对于不同发射天线在帧头处插入同样周期长度的具有良好自相关特性的前导序列(不同发射天线之间的前导序列可以一样也可以不同)的方案。这些方案是不能直接用于分布式MIMO-OFDM系统的同步。
因此，对于解决实际的分布式MIMO-OFDM系统中的同步，是本申请人致力研究的内容之一。
发明内容
本发明旨在提供一种可行并且有效解决实际的分布式MIMO-OFDM系统中的同步问题的帧同步方法、系统、发射/接收装置及其对应方法。
在总的发明构思之下，本发明包括六项内容，其方案具体如下。
本发明之一，一种分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步方法。该方法包括下列步骤产生步骤发射端使用不同长度的PN序列来一一对应各发射天线产生各发射天线上用于同步的前导序列；定位步骤接收端使用窗口宽度与PN序列长度对应的相关运算器进行计算，从中进行帧头的定位。
在上述的系统帧同步方法中，与各个发射天线一一对应的各PN序列的长度之间为非倍数的关系。
在上述的系统帧同步方法中，产生步骤中的产生前导序列方法包括下列步骤设置步骤设定各发射天线的前导序列长度相等，为Npreamble；重复步骤对每种长度的PN序列重复若干次，形成对应的第一序列；比较步骤将每一第一序列的长度与前导序列长度Npreamble比较，获得对应比较结果；确定步骤根据各比较结果，按预定规则对以上产生的第一序列进行操作，使其成为一长度等同于前导序列长度Npreamble的第二序列，确定该序列作为前导序列。
在上述的系统帧同步方法中，预定规则为当第一序列等于前导序列长度Npreamble，则直接确定该序列为前导序列。
在上述的系统帧同步方法中，预定规则为当第一序列略大于前导序列长度Npreamble，则取其前Npreamble个位置数据确定为前导序列。
在上述的系统帧同步方法中，预定规则为当第一序列略小于前导序列长度Npreamble，则用所对应的PN序列前面位置的数据填补，直至其长度等于前导序列长度Npreamble，此时所形成的第二序列确定为前导序列。
在上述的系统帧同步方法中，定位步骤中的帧头定位方法包括下列步骤运算步骤1)以接收到的数据帧的任意位置j为起始位置，做一种相关乘法累加运算，以获得位置j上的相关累加值，并存放于寄存器内的第一个空余位置；2)重复以上所述相关乘法累加运算过程，获得下一个位置j＝j+1上的相关累加值，并存放于寄存器内的下一个空余位置；3)如此循环，直到寄存器上所有位置上被所计算得到的相关累加值填满，即在一个数据帧长的范围内，计算得到了所有位置的相关累加值；确定帧头步骤对上述寄存器内的所有相关累加值进行取模，以找出的最大值所在位置为对应发射天线所发送的帧的帧头。
在上述的系统帧同步方法中，寄存器选用具有能够放下一整个数据帧的各个位置上的相关累加值容量的存储装置。
在上述的系统帧同步方法中，通过相关乘法运算获得某一位置上的相关累加值的方法包括下列步骤将累加器置零；起始位置j的数据与其后间隔了一个所对应的PN序列长度Pi的位置上的数据进行共轭相乘，并将计算结果加给累加器；把计算位置右移一格到j+1处，再进行该位置的上述共轭相乘，并将结果加给所述累加器；重复上述操作，直到窗口右移了Npreamble-Pi个位置后，j位置上的相关累加值已计算完成；将所述位置j的相关累加值放入寄存器内。
本发明之二，一种实现帧同步的分布式多发多收-正交频分复用系统。它包括发射机本体和接收机本体，其特征在于，它还包括1)与所述发射机本体相连的发射端数据库和前导序列产生控制模块，其中所述发射端数据库还与前导序列产生控制模块相连，用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列；所述前导序列产生控制模块，用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列；2)与所述接收机本体相连的接收端数据库和帧头定位控制模块，其中所述接收端数据库还与所述帧头定位控制模块相连，用于储存各发射天线所对应的PN序列长度；所述帧头定位控制模块，用于对帧头进行检测，找出每一发射天线一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
在上述的分布式多发多收-正交频分复用系统中，发射端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
在上述的分布式多发多收-正交频分复用系统中，前导序列产生控制模块包括一比较单元和一与该比较单元相连的处理单元，其中比较单元，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度进行比较，获得一比较结果；处理单元，用于对上述比较结果进行处理，按预定规则确定一长度等同于预设的前导序列长度的另一序列，以该序列作为某一发射天线所对应的前导序列。
在上述的分布式多发多收-正交频分复用系统中，帧头定位控制模块包括运算单元和与该运算单元相连的定位单元，其中运算单元，用于通过计算得到在一个帧长范围内所有位置上的相关累加值；定位单元，用于对所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为对应发射天线所发送的帧的帧头。
本发明之三，一种发射装置。它包括发射机本体，其特征在于，它还包括发射端数据库和前导序列产生控制模块，其中发射端数据库，分别与所述的发射机本体和前导序列产生控制模块相连，用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列；前导序列产生控制模块，分别与所述的发射机本体和发射端数据库相连，用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列。
在上述的发射装置中，发射端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
在上述的发射装置中，前导序列产生控制模块包括一比较单元和一与该比较单元相连的处理单元，其中比较单元，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度进行比较，获得一比较结果；处理单元，用于对上述比较结果进行处理，按预定规则确定一满足于为定值的前导序列长度的另一序列，以该序列作为前导序列。
本发明之四，一种用于发射机各发射天线的前导序列的产生方法。该方法为采用不同长度的PN序列来一一对应产生各发射天线用于同步的前导序列。
在上述的前导序列产生方法中，各种PN序列的长度之间为非倍数的关系。
在上述的前导序列产生方法中，产生前导序列方法包括下列步骤设置步骤设定各发射天线的前导序列长度相等，为Npreamble；重复步骤对每种长度的PN序列重复若干次，形成对应的第一序列；比较步骤将每一第一序列的长度与前导序列长度Npreamble比较，获得对应比较结果；确定步骤根据各比较结果，按预定规则确定一长度满足于前导序列长度Npreamble的第二序列，以该序列作为前导序列。
在上述的前导序列产生方法中，预定规则为当第一序列等于前导序列长度Npreamble，则直接确定该序列为前导序列。
在上述的前导序列产生方法中，预定规则为当第一序列略大于前导序列长度Npreamble，则取其前Npreamble个位置数据确定为前导序列。
在上述的前导序列产生方法中，预定规则为当第一序列略小于前导序列长度Npreamble，则用PN序列前面位置的数据填补，直至其长度等于前导序列长度Npreamble，此时所形成的第二序列确定为前导序列。
本发明之五，一种接收装置。它包括接收机本体、接收端数据库和帧头定位控制模块，其中接收端数据库，分别与所述接收机本体和帧头定位控制模块相连，用于存储与各发射天线所对应的不同PN序列的长度；帧头定位控制模块，分别与所述接收机本体和接收端数据库相连，用于根据某一发射天线所使用的PN序列的长度，使用同长度的相关运算器的窗口宽度进行帧头检测，并找出每一发射天线的一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
在上述的接收装置中，接收端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
在上述的接收装置中，帧头定位控制模块包括运算单元和与该运算单元相连的定位单元，其中运算单元，用于通过计算得到在一个帧长的范围内所有位置上的相关累加值；定位单元，用于对各位置上所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为对应的发射天线所发送的帧的帧头。
本发明之六，一种用于接收机帧头的定位方法。该方法为使用与PN序列长度相对应的窗口宽度的相关运算器进行计算，从中进行帧头定位。
在上述的帧头定位方法中，包括下列步骤运算步骤1)以接收到的数据帧的任意位置j为起始位置，做一种相关乘法累加运算，以获得位置j上的相关累加值，并存放于寄存器内的第一个空余位置；2)重复以上所述相关乘法累加运算过程，获得下一个位置j＝j+1上的相关累加值，并存放于寄存器内的下一个空余位置；3)如此循环，直到寄存器上所有位置上被所计算得到的相关累加值填满，即在一个数据帧长的范围内，计算得到了所有位置的相关累加值；确定帧头步骤对上述所有的相关累加值进行取模，以找出的最大值所在位置为对应发射天线所发送的帧的帧头。
在上述的帧头定位方法中，寄存器选用具有能够放下一整个数据帧的各个位置上的相关累加值容量的存储装置。
在上述的帧头定位方法中，通过相关乘法累加运算获得某一位置上的相关累加值的方法包括下列步骤将累加器置零；起始位置j的数据与其后间隔了一个所对应的PN序列长度Pi的位置上的数据进行共轭相乘，并将计算结果加给累加器；把计算位置右移一格到j+1处，再进行该位置的上述共轭相乘，并将结果加给所述累加器；重复上述操作，直到窗口右移了前导序列长度Npreamble-Pi个位置后，j位置上的相关累加值已计算完成；将所述位置j的相关累加值放入寄存器内。
采用了上述的技术解决方案，即本发明提出了一种利用非等长周期序列的对于分布式MIMO-OFDM系统的帧同步方案。利用该技术，可在接收端利用相关运算准确找到从各个发射天线上送出的帧的帧头。由于在各个发送天线上使用了不同长度的PN序列来形成各自的前导序列，因此当使用与某个发送天线所对应的相关运算器的时候，其它天线上的所有数据或前导序列将不会产生干扰，即分布式发射天线之间的延迟将不会对某个发射天线的帧头的检测产生影响。仿真结果表明，本发明所提出的同步技术有良好的性能，在对于解决实际的分布式MIMO-OFDM系统中的同步有良好的应用前景。
图1是本发明当使用4个发射天线时的前导序列结构示意图；图2是本发明当接收机使用宽度为64的相关运算器的窗口来检测从某一发送天线发出的帧的帧头的示意图；图3是本发明分布式多发多收-正交频分复用系统的示意图；图4是本发明发射装置的结构示意图；图5是本发明接收装置的结构示意图；图6是本发明同步方法的仿真结果示意图；图7是图6中两个峰值的放大示意图。
具体实施例方式
本发明所提出的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方案是基于在不同发射天线的帧头处插入不同周期长度的前导序列。
假设使用Nt个发射天线，每帧帧头处的用于同步的前导序列长度为Npreamble。在第i个天线处成帧的时候，我们使用一个长度为Pi的PN序列来形成在第i个天线处的帧的前导序列。不同的发射天线之间将使用不同的PN序列。由于使用了Nt个发射天线，我们将使用Nt个不同的Pi值，并且Nt个不同的Pi值之间一般不能有倍数关系。由于接收端所收到的数据是Nt个帧经过信道之后的叠加，因此在每个接收端需要使用Nt个不同的相关运算器。Nt个相关运算器均一一对应着Nt个Pi值，因此在计算从某一个发射天线上发出的帧的帧头时，从其它发射天线上发出的帧不会产生干扰。
在图1中给出了本发明提出的当使用4个发射天线时的前导序列的设计示意。为保证帧结构的一致，前导序列的总长度对于每个发射天线都是一样的，在图1中选择256点为前导序列的总长度。在TX(发射天线)1处，使用一个长度为64的PN序列来产生TX 1的前导序列。具体方法为重复4次将此长度为64的PN序列填充到长度为256的前导序列中。对于TX 2，使用另外一个长度为63的PN序列，使用该PN序列来填充256点的前导序列的方法与TX 1相似。但是由于256不是63的整数倍，因此插入4段63长的PN序列后还空4个位置。这四个位置将由63长的PN序列的前4点来填充。依次类推，TX 3和TX 4的前导序列的设计方法也是相似的。
在接收端由于分布式天线到达接收天线的距离以及信道多径效应，由不同发射天线发送的帧到达接收天线的时刻之间有时间差。但是当接收端使用不同的相关运算器的时候，其它发射天线送出的帧将不会产生互相之间的干扰。如图2所示，当接收端检测从TX 1发送的帧的帧头时，相关运算器窗口的宽度为64。由于在成帧时形成前导序列的时候，从TX 1发出的前导序列的重复周期为64，因此窗口截取的数据是相关的。与此同时，由于其它发射天线送出的前导序列的周期不是64，也与64之间没有倍数关系，因此使用宽度为64的截取出的叠加在一起的与其它发射天线上的数据是非相关的。因此对于TX 1的帧头的相关峰的产生不会发生影响。
在上述总体发明构思之下，包括四项发明内容，分别具体描述如下。
本发明之一，一种分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步方法在对该发明的实施进行具体描述之前，在此先对将要在描述中使用到的变量做出说明与定义。每个PN序列的长度可以表示为Pi，i＝0...Nt-1。第i个PN序列的数据缓存可以被表示为data_pn_i[k]，k＝0，1...Pi-1。前导序列的总长度为Npreamble。第i个发射天线所使用的前导序列的数据缓存表示为data_preamble_i[k]，k＝0，1...Npreamble-1。一帧的长度为Nframe。对于一帧中的第k个位置所计算出的相关值将积存在data_correlation[k]，k＝0，1...Nframe-1内。
步骤1在发送端准备Nt个不同长度的PN序列。各个PN序列的长度之间不存在倍数的关系。
步骤2对于每个发送天线产生前导序列。
data_preamble_i[k]＝data_pn_i[k mod Pi]，k＝0...Npreamble-1步骤3将累加器置零。
sumj＝0；j＝0...Nframe-1，j为所计算的一帧中的位置的序号。
步骤4在接收端，当检测第i个发射天线的帧头时，使用宽度为Pi的相关运算器窗口。以当前位置j为起始位置，并开始做相关乘法运算。即将当前位置的数据与Pi后的数据的共轭相乘，并将结果加给累加器。随后把窗口右移一格，再重新做这个位置的相关乘法运算，直到窗口右移了Npreamble-Pi个位置。假设缓存data内存放着接收端获取的数据，这个数据为Nt个发射天线所发出的帧在经过信道衰减并存在时间偏移的叠加结果。公式中的*号代表共轭运算。
sumj=sumj+Σk=0Npreamble-Pi-1data[k]×data[k+Pi]*]]>步骤5将sumj放入data_correlation[j]内。回到Step 2，j＝j+1继续计算下一个位置的相关值。直到寄存器data_correlation被填满，即在一个帧长周期内，我们已经计算了所有位置的相关值。
步骤6对于data_correlation里面的所有的相关值取模，并以找出的最大值的位置为第i个发射天线所发送的帧的帧头。
帧头位置＝K＝arg max(data_correrlation[k])，k＝0...Nframe-1步骤3---步骤6可以用于搜索任何一个发射天线所发送的帧的帧头。只需要在步骤4里面把Pi的长度调为第i个发射天线所使用的PN序列的长度即可。
本发明之二，分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步系统如图3所示，本发明分布式多发多收-正交频分复用系统，包括发射机本体1和接收机本体2。
在发射机本体1上连接一发射端数据库11和一前导序列产生控制模块12，其中发射端数据库11用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列，其长度之间为非倍数关系；前导序列产生控制模块12用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列。PN序列可以有任意的生成方法得到，但是在形成用于同步的前导序列的时候需要按照发射端数据库11内的和天线相关的PN序列长度来对PN序列进行重复。
参见图3，前导序列产生控制模块12包括一比较单元121和一与该比较单元相连的处理单元122，其中比较单元121，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度Npreamble进行比较，获得一比较结果；处理单元122，用于对上述比较结果进行处理，确定一满足所述前导序列长度Npreamble的另一序列，以该序列作为前导序列。
在接收机本体2连接一接收端数据库21和帧头定位控制模块22，其中接收端数据库21用于储存各发射天线所对应的PN序列长度，PN序列长度之间为非倍数关系；帧头定位控制模块22用于根据某一发射天线所使用的PN序列的长度，对帧头进行检测，找出每一发射天线一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
帧头定位控制模块22包括运算单元221和与该运算单元221相连的定位单元222，其中运算单元221，用于对在一个帧长的范围内通过计算得到所有位置上的相关累加值；定位单元222，用于对所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为某一发射天线所发送的帧的帧头。
本发明之三，一种发射装置如图4所示，本发明发射装置在现有发射机本体1上连接一发射端数据库11和一前导序列产生控制模块12后所形成，其中发射端数据库11用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列，其长度之间为非倍数关系；前导序列产生控制模块12用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列，PN序列可以有任意的生成方法得到，但是在形成用于同步的前导序列的时候需要按照发射端数据库11内的和天线相关的PN序列长度来对PN序列进行重复形成。
前导序列产生控制模块12包括一比较单元121和一与该比较单元相连的处理单元122，其中比较单元121，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度Npreamble进行比较，获得一比较结果；
处理单元122，用于对上述比较结果进行处理，确定一长度等同于前导序列长度Npreamble的另一序列，以该序列作为前导序列。
本发明之四，一种用于发射机各发射天线的前导序列的产生方法。该方法为采用不同长度的PN序列来一一对应产生各发射天线用于同步的前导序列。
其中各种PN序列的长度之间为非倍数的关系。
产生前导序列方法包括下列步骤设置步骤设定各发射天线的前导序列长度相等，为Npreamble；重复步骤对每种长度的PN序列重复若干次，形成对应的第一序列；比较步骤将每一第一序列的长度与前导序列长度Npreamble比较，获得对应比较结果；确定步骤根据各比较结果，按预定规则确定一长度满足于前导序列长度Npreamble的第二序列，以该序列作为前导序列。
在预定规则中，当第一序列等于前导序列长度Npreamble，则直接确定该序列为前导序列；当第一序列略大于前导序列长度Npreamble，则取其前Npreamble个位置数据确定为前导序列；当第一序列略小于前导序列长度Npreamble，则用PN序列前面位置的数据填补，直至其长度等于前导序列长度Npreamble，此时所形成的第二序列确定为前导序列。
本发明之五，一种接收装置如图5所示，本发明接收装置是在现有接收机本体2上连接一接收端数据库21和一帧头定位控制模块22所形成，其中接收端数据库21，用于存储与各发射天线所对应的不同PN序列的长度，不同PN序列长度之间也为非倍数关系；帧头定位控制模块22，用于根据某一发射天线所使用的PN序列的长度，使用同长度的相关运算器的窗口宽度进行帧头检测，并找出每一发射天线的一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
帧头定位控制模块22包括运算单元221和与该运算单元221相连的定位单元222，其中运算单元221，用于在一个帧长的范围内通过计算得到所有位置上的相关累加值；
定位单元222，用于对所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为对应发射天线所发送的帧的帧头。
本发明之六，一种用于接收机帧头的定位方法该方法为使用与PN序列长度相对应的窗口宽度的相关运算器进行计算，从中进行帧头定位。
在上述的帧头定位方法中，包括下列步骤运算步骤1)以接收到的数据帧的任意位置j为起始位置，做一种相关乘法累加运算，以获得位置j上的相关累加值，并存放于寄存器内的第一个空余位置，其中相关乘法累加运算获得某一位置上的相关累加值的方法包括下列步骤将累加器置零；起始位置j的数据与其后间隔了一个所对应的PN序列长度Pi的位置上的数据进行共轭相乘，并将计算结果加给累加器；把计算位置右移一格到j+1处，再进行该位置的上述共轭相乘，并将结果加给所述累加器；重复上述操作，直到窗口右移了前导序列长度Npreamble-Pi个位置后，j位置上的相关累加值已计算完成；将所述位置j的相关累加值放入寄存器内。
2)重复以上所述相关乘法累加运算过程，获得下一个位置j＝j+1上的相关累加值，并存放于寄存器内的下一个空余位置；3)如此循环，直到寄存器上所有位置上被所计算得到的相关累加值填满，即在一个数据帧长的范围内，计算得到了所有位置的相关累加值；确定帧头步骤对上述所有的相关累加值进行取模，以找出的最大值所在位置为对应发射天线所发送的帧的帧头。
上述寄存器选用具有能够放下一整个数据帧的各个位置上的相关累加值容量的存储装置。
综上所述，为了验证本发明所述算法，对本发明所述算法进行了计算机仿真，仿真中假设的条件如表1所示。用于同步的序列使用两倍于数据信号的功率。仿真结果如图6以及图7所示。仿真中填加了一定的延时，而在第二个发射天线上再次加入相对于第一个发射天线500个数据点的延时。因此从第一和第二个发射天线上传出的帧头的正确位置应该相应出现在19032和19532这两个位置处。在图中，线1表示使用和第一个发射天线相对应的相关运算器得到的相关值，而线2表示使用了和第二个发射天线相对应的相关运算器得到的相关值。在0dB的信噪比条件下，我们可以发现通过相关运算我们得到了很明显的相关峰。在图3中对于图3中的相关峰区域进行了放大，可以看到所得到的相关峰各自出现在相应的正确位置上。从图中可以看出，应用本发明对于在分布式天线的情况下的MIMO-OFDM系统中的同步提出了一个很可行并且有效的算法。
表1仿真中参数或模型的设置
虽然本发明已参照当前的具体实例进行了描述，但是本技术领域的普通技术人员应该认识到，以上的实例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改。因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实例的变化，变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步方法，其特征在于包括下列步骤产生步骤发射端使用不同长度的PN序列来一一对应各发射天线产生各发射天线上用于同步的前导序列；定位步骤接收端使用窗口宽度与PN序列长度对应的相关运算器进行计算，从中进行帧头的定位。
2.根据权利要求1所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于与各个发射天线一一对应的各PN序列的长度之间为非倍数的关系。
3.根据权利要求1或2所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述产生步骤中的产生前导序列方法包括下列步骤设置步骤设定各发射天线的前导序列长度相等，为Npreamble；重复步骤对每种长度的PN序列重复若干次，形成对应的第一序列；比较步骤将每一第一序列的长度与前导序列长度Npreamble比较，获得对应比较结果；确定步骤根据各比较结果，按预定规则对以上产生的第一序列进行操作，使其成为一长度等同于前导序列长度Npreamble的第二序列，确定该序列作为前导序列。
4.根据权利要求3所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列等于前导序列长度Npreamble，则直接确定该序列为前导序列。
5.根据权利要求3所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列略大于前导序列长度Npreamble，则取其前Npreamble个位置数据确定为前导序列。
6.根据权利要求3所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列略小于前导序列长度Npreamble，则用所对应的PN序列前面位置的数据填补，直至其长度等于前导序列长度Npreamble，此时所形成的第二序列确定为前导序列。
7.根据权利要求1或2所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述定位步骤中的帧头定位方法包括下列步骤运算步骤1)以接收到的数据帧的任意位置j为起始位置，做一种相关乘法累加运算，以获得位置j上的相关累加值，并存放于寄存器内的第一个空余位置；2)重复以上所述相关乘法累加运算过程，获得下一个位置j＝j+1上的相关累加值，并存放于寄存器内的下一个空余位置；3)如此循环，直到寄存器上所有位置上被所计算得到的相关累加值填满，即在一个数据帧长的范围内，计算得到了所有位置的相关累加值；确定帧头步骤对上述寄存器内的所有相关累加值进行取模，以找出的最大值所在位置为对应发射天线所发送的帧的帧头。
8.根据权利要求7所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于寄存器选用具有能够放下一整个数据帧的各个位置上的相关累加值容量的存储装置。
9.根据权利要求7所述的分布式多发多收-正交频分复用系统帧同步的方法，其特征在于所述通过相关乘法运算获得某一位置上的相关累加值的方法包括下列步骤将累加器置零；起始位置j的数据与其后间隔了一个所对应的PN序列长度Pi的位置上的数据进行共轭相乘，并将计算结果加给累加器；把计算位置右移一格到j+1处，再进行该位置的上述共轭相乘，并将结果加给所述累加器；重复上述操作，直到窗口右移了Npreamble-Pi个位置后，j位置上的相关累加值已计算完成；将所述位置j的相关累加值放入寄存器内。
10.一种实现帧同步的分布式多发多收-正交频分复用系统，包括发射机本体和接收机本体，其特征在于，它还包括1)与所述发射机本体相连的发射端数据库和前导序列产生控制模块，其中所述发射端数据库还与前导序列产生控制模块相连，用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列；所述前导序列产生控制模块，用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列；2)与所述接收机本体相连的接收端数据库和帧头定位控制模块，其中所述接收端数据库还与所述帧头定位控制模块相连，用于储存各发射天线所对应的PN序列长度；所述帧头定位控制模块，用于对帧头进行检测，找出每一发射天线一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
11.根据权利要求10所述的分布式多发多收-正交频分复用系统，其特征在于所述发射端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
12.根据权利要求11所述的分布式多发多收-正交频分复用系统，其特征在于所述前导序列产生控制模块包括一比较单元和一与该比较单元相连的处理单元，其中比较单元，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度进行比较，获得一比较结果；处理单元，用于对上述比较结果进行处理，按预定规则确定一长度等同于预设的前导序列长度的另一序列，以该序列作为某一发射天线所对应的前导序列。
13.根据权利要求11或12所述的分布式多发多收-正交频分复用系统，其特征在于所述帧头定位控制模块包括运算单元和与该运算单元相连的定位单元，其中运算单元，用于通过计算得到在一个帧长范围内所有位置上的相关累加值；定位单元，用于对所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为对应发射天线所发送的帧的帧头。
14.一种发射装置，包括发射机本体，其特征在于，它还包括发射端数据库和前导序列产生控制模块，其中发射端数据库，分别与所述的发射机本体和前导序列产生控制模块相连，用于存储各发射天线所用的不同长度的PN序列；前导序列产生控制模块，分别与所述的发射机本体和发射端数据库相连，用于以不同长度的PN序列来形成用于同步的前导序列。
15.根据权利要求14所述的发射装置，其特征在于所述发射端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
16.根据权利要求15所述的发射装置，其特征在于所述前导序列产生控制模块包括一比较单元和一与该比较单元相连的处理单元，其中比较单元，用于将每一长度的PN序列重复若干次后所形成的序列的长度与设定的前导序列长度进行比较，获得一比较结果；处理单元，用于对上述比较结果进行处理，按预定规则确定一满足于为定值的前导序列长度的另一序列，以该序列作为前导序列。
17.一种用于发射机各发射天线的前导序列的产生方法，其特征在于采用不同长度的PN序列来一一对应产生各发射天线用于同步的前导序列。
18.根据权利要求17所述的前导序列产生方法，其特征在于各种PN序列的长度之间为非倍数的关系。
19.根据权利要求17或18所述的前导序列产生方法，其特征在于所述产生前导序列方法包括下列步骤设置步骤设定各发射天线的前导序列长度相等，为Npreamble；重复步骤对每种长度的PN序列重复若干次，形成对应的第一序列；比较步骤将每一第一序列的长度与前导序列长度Npreamble比较，获得对应比较结果；确定步骤根据各比较结果，按预定规则确定一长度满足于前导序列长度Npreamble的第二序列，以该序列作为前导序列。
20.根据权利要求19所述的前导序列产生方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列等于前导序列长度Npreamble，则直接确定该序列为前导序列。
21.根据权利要求19所述的前导序列产生方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列略大于前导序列长度Npreamble，则取其前Npreamble个位置数据确定为前导序列。
22.根据权利要求19所述的前导序列产生方法，其特征在于所述预定规则为当第一序列略小于前导序列长度Npreamble，则用PN序列前面位置的数据填补，直至其长度等于前导序列长度Npreamble，此时所形成的第二序列确定为前导序列。
23.一种接收装置，包括接收机本体，其特征在于，它还包括接收端数据库和帧头定位控制模块，其中接收端数据库，分别与所述接收机本体和帧头定位控制模块相连，用于存储与各发射天线所对应的不同PN序列的长度；帧头定位控制模块，分别与所述接收机本体和接收端数据库相连，用于根据某一发射天线所使用的PN序列的长度，使用同长度的相关运算器的窗口宽度进行帧头检测，并找出每一发射天线的一帧范围内相关累加值最大值所在的位置，并确定其为帧头。
24.根据权利要求23所述的接收装置，其特征在于所述接收端数据库存储的各PN序列，其长度之间为非倍数关系。
25.根据权利要求24所述的接收装置，其特征在于所述帧头定位控制模块包括运算单元和与该运算单元相连的定位单元，其中运算单元，用于通过计算得到在一个帧长的范围内所有位置上的相关累加值；定位单元，用于对各位置上所述相关累加值进行取模，找出最大值所在的位置，确定其为对应的发射天线所发送的帧的帧头。
26.一种用于接收机帧头的定位方法，其特征在于使用与PN序列长度相对应的窗口宽度的相关运算器进行计算，从中进行帧头定位。
27.根据权利要求26所述的帧头定位方法，其特征在于包括下列步骤运算步骤进行数据帧内各位置的相关累加值的计算，1)以接收到的数据帧的任意位置j为起始位置，做一种相关乘法累加运算，以获得位置j上的相关累加值，并存放于寄存器内的第一个空余位置；2)重复以上所述相关乘法累加运算过程，获得下一个位置j＝j+1上的相关累加值，并存放于寄存器内的下一个空余位置；3)如此循环，直到寄存器上所有位置上被所计算得到的相关累加值填满，即在一个数据帧长的范围内，计算得到了所有位置的相关累加值；确定帧头步骤对上述所有的相关累加值进行取模，以找出的最大值所在位置为对应发射天线所发送的帧的帧头。
28.根据权利要求27所述的帧头定位方法，其特征在于寄存器选用具有能够放下一整个数据帧的各个位置上的相关累加值容量的存储装置。
29.根据权利要求27所述的帧头定位方法，其特征在于所述通过相关乘法累加运算获得某一位置上的相关累加值的方法包括下列步骤将累加器置零；起始位置j的数据与其后间隔了一个所对应的PN序列长度Pi的位置上的数据进行共轭相乘，并将计算结果加给累加器；把计算位置右移一格到j+1处，再进行该位置的上述共轭相乘，并将结果加给所述累加器；重复上述操作，直到窗口右移了前导序列长度Npreamble-Pi个位置后，j位置上的相关累加值已计算完成；将所述位置j的相关累加值放入寄存器内。
全文摘要
本发明涉及分布式多发多收－正交频分复用系统帧同步技术，其方法为产生步骤发射端使用不同长度的PN序列来一一对应各发射天线产生各发射天线上用于同步的前导序列；定位步骤接收端使用窗口宽度与PN序列长度对应的相关运算器进行计算，从中进行帧头的定位。本发明提出了一种利用非等长周期序列的对于分布式MIMO－OFDM系统的帧同步方案。利用该技术，可在接收端利用相关运算准确找到从各个发射天线上送出的帧的帧头。由于在各个发送天线上使用了不同长度的PN序列来形成各自的前导序列，因此当使用与某个发送天线所对应的相关运算器的时候，其它天线上的所有数据或前导序列将不会产生干扰，即分布式发射天线之间的延迟将不会对某个发射天线的帧头的检测产生影响。
文档编号H04L27/26GK1933470SQ20051002960
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者郭峰, 杨红卫, 李栋 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司