专利名称：灵活子载波ofdm系统的同步方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信传输技术领域，特别涉及一种灵活子载波OFDM系统的同步方法及装置。
背景技术：
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是多载波调制方法中的一种，其主要思想是将高速的串行数据流分成若干组低速的并行数据流，调制在各个子信道上传输，使每个子信道上的信号带宽都小于信道的相干带宽，能够有效地降低频率选择性衰落的影响。随着无线通信的发展，支持多业务传输的无线传输系统得到了广泛的关注。灵活子载波OFDM技术通过在有效子载波集Ω上调制子载波，在其它子信道上调制虚拟子载波，可以灵活改变系统的中心频率和带宽，给信号的灵活传输提供了一种解决方案。相对于单载波系统，OFDM技术对同步偏差更加敏感，因此要求在接收端进行更加精确的同步。造成接收端和发送端存在同步偏差的原因主要有三个第一个是对OFDM数据块进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)运算的窗口位置存在偏差； 第二个是接收端和发送端载波时钟晶振不完全匹配和多普勒平移造成的载波频率偏差和载波相位偏差；第三个是接收端和发送端采样时钟晶振不完全匹配造成的采样频率偏差和相位偏差。同步偏差会破坏OFDM子载波之间的正交性，造成符号间串扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)。到目前为止已经有了一些OFDM同步方法。文献[T.M. Schmidl，and D. C. Cox, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM,，，IEEE Trans. Commun, vol. 45,pp. 1613-1621,Dec. 1997]提出一种滑动自相关的方法，复杂度较低，但是定时估计在低信噪比和多径环境下存在较大的方差，文献(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.)利用接收信号和本地序列做滑动互相关，可以进行精确的定时估计，可是复杂度比较高。因此需要一种精度高、 复杂比较低的同步方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何实现一种精确的定时估计，并且实现复杂度较低的OFDM系统的同步方法。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种灵活子载波OFDM系统的同步方法，包括以下步骤Sl 发送端在有效子载波集上调制已知序列生成训练序列帧，调制有效数据生成时域信号帧；S2 发送端将所述训练序列帧与所述时域信号帧组成发射信号，并通过天线或耦合器发射；S3 接收端对接收信号和本地训练序列进行降采样；S4 接收端利用降采样信号进行定时估计；S5 接收端进行载波频率偏移估计。其中，在步骤Sl中，生成时域信号帧的方式为在所述有效子载波集上调制有效数据，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到时域信号帧。其中，在步骤Sl中，生成训练序列帧的方式为在有效子载波集上调制已知序列， 在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到训练序列帧。其中，在步骤S2中，所述训练序列帧与所述时域信号帧组成发射信号的方式为 突发方式组帧或连续方式组帧。其中，在步骤S3中，进行降采样时降采样因子为小于最大降采样因子的任意整数，其中最大降采样因子等于子载波总数和所述有效子载波集大小的比值。其中，在步骤S4中，利用降采样后的接收信号和降采样后的本地训练序列进行滑动互相关，相关峰的位置指示估计的最佳起始点的位置。其中，在步骤S4中，滑动互相关的实现方式为时域实现或通过FFT辅助实现。其中，在步骤S5中，利用降采样信号的相邻两个相关峰进行载波频率偏移估计， 或利用降采样之前的相邻两个训练序列帧之间的自相关特性进行载波频率偏移估计。本发明还提供给了一种灵活子载波OFDM系统的同步装置，包括发送端和接收端， 所述发送端包括信号生成单元，用于在有效子载波集上调制有效数据，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到时域信号帧；训练序列生成单元，用于在有效子载波集上调制优选的已知序列，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到训练序列帧；组帧单元，用于将训练序列和待传输信号依次组帧；所述接收端包括降采样单元用于将本地训练序列和接收序列分别进行降采样；滑动互相关单元用于将降采样后的接收信号和降采样后的本地训练序列进行滑动互相关；定时估计单元用于通过搜索滑动互相关单元相关峰的位置估计接收信号最佳起始点的位置；载波频率偏移估计单元用于根据定时估计单元得到的相邻的两个相关峰，或未降采样的相邻的两个训练序列的自相关进行载波频率偏移估计。(三)有益效果本发明通过对接收信号和本地训练序列进行降采样，以及FFT辅助实现滑动互相关的方法，实现了精确的定时估计和载波频率偏移估计，并且相对传统算法具有较低的实现复杂度。
图1为本发明实施例的一种灵活子载波OFDM系统的同步方法流程图；图2为采用灵活子载波分配方式的OFDM块频域数据结构；图3为依照本发明一种传输信号的突发方式帧结构示意图；图4为依照本发明一种传输信号的连续方式帧结构示意图；图5为依照本发明一种装置的发送端结构示意图；图6为依照本发明一种装置的接收端结构示意图；图7为依照本发明一种实施方式下采样之前及下采样之后的接收信号的频谱图；图8为依照本发明一种实施方式下采样之前及下采样之后的接收信号的频谱图；图9为FFT辅助实现互相关示意图；图10为本发明提出的方法在突发帧结构方式下定时估计的误检概率和漏检概率曲线；图11为本发明提出的方法在突发帧结构方式下定时估计的均方误差曲线；图12为本发明提出方法在突发帧结构方式下载波频率偏移估计的归一化均方误差曲线；图13为本发明提出方法在连续帧结构方式下的载波频率偏移估计的归一化均方
误差曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明的灵活子载波OFDM系统的同步方法包括步骤S101，时域信号帧的生成方式为只在有效子载波集上调制有效数据(有效数据即为要发送的数据)，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据(即有效数据)进行傅里叶反变换，得到发送的时域信号s (η)，其中，有效子载波集是用户根据业务的不同需要自行选定的子载波集，
权利要求
1.一种灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，包括以下步骤51发送端在有效子载波集上调制已知序列生成训练序列帧，调制有效数据生成时域信号帧；52发送端将所述训练序列帧与所述时域信号帧组成发射信号，并通过天线或耦合器等发射；53接收端对接收信号和本地训练序列进行降采样；54接收端利用降采样信号进行定时估计；55接收端进行载波频率偏移估计。
2.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤Sl中， 生成时域信号帧的方式为在所述有效子载波集上调制有效数据，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到时域信号帧。
3.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤Sl中， 生成训练序列帧的方式为在有效子载波集上调制已知序列，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到训练序列帧。
4.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤S2中， 所述训练序列帧与所述时域信号帧组成发射信号的方式为突发传输方式组帧或连续传输方式组帧。
5.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤S3中， 进行降采样时降采样因子为小于最大降采样因子的任意整数，其中最大降采样因子等于子载波总数和所述有效子载波集大小的比值。
6.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤S4中， 利用降采样后的接收信号和降采样后的本地训练序列进行滑动互相关，相关峰的位置指示估计的最佳起始点的位置。
7.如权利要求6所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤S4中， 滑动互相关的实现方式为时域实现或通过FFT辅助实现。
8.如权利要求1所述的灵活子载波OFDM系统的同步方法，其特征在于，在步骤S5中， 利用降采样信号的相邻两个相关峰进行载波频率偏移估计，或利用降采样之前的相邻两个训练序列帧之间的自相关特性进行载波频率偏移估计。
9.一种灵活子载波OFDM系统的同步装置，包括发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括信号生成单元，用于在有效子载波集上调制有效数据，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到时域信号帧；训练序列生成单元，用于在有效子载波集上调制优选的已知序列，在其他子载波上调制虚拟子载波，然后对频域数据进行傅里叶反变换，并加上相应保护间隔，得到训练序列帧；组帧单元，用于将训练序列和待传输信号依次组帧；所述接收端包括降采样单元用于将本地训练序列和接收序列分别进行降采样；滑动互相关单元用于将降采样后的接收信号和降采样后的本地训练序列进行滑动互相关；定时估计单元用于通过搜索滑动互相关单元相关峰的位置估计接收信号最佳起始点的位置；载波频率偏移估计单元用于根据定时估计单元得到的相邻的两个相关峰，或未降采样的相邻的两个训练序列的自相关进行载波频率偏移估计。
全文摘要
本发明公开了一种灵活子载波OFDM系统的同步方法，涉及无线通信传输技术领域，包括以下步骤S1发送端根据业务需要选定的有效子载波集上调制已知序列生成训练序列帧，调制有效数据生成时域信号帧；S2发送端将所述训练序列帧与所述时域信号帧组成发射信号，并通过天线或耦合器等发射；S3接收端对接收信号和本地训练序列进行降采样；S4接收端利用降采样信号进行定时估计；S5接收端进行载波频率偏移估计。本发明实现了精确的定时估计，且方法的复杂度较低。
文档编号H04L25/02GK102256347SQ20111021051
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者刘建明, 宋健, 杨昉, 王一蓉, 耿亮, 董康辉, 袁洲, 赵丙镇 申请人:国网信息通信有限公司, 清华大学