一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法及系统与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法及系统。

背景技术：

正交频分复用(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术作为一种有效的宽带传输技术，是利用并行传输来提高通信数据传输速率的一种移动通信技术。目前在通讯领域备受关注，在无限局域网、数字音频广播、数字视频广播等领域都得到了广泛应用。

该技术的基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总得信道不是平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此能够给大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，就可以从混叠的子载波上分离出数据信号。

由于OFDM允许子载波频谱混叠，其频谱效率大大提高，同时，该技术还具有抗多径干扰及码间串扰、信道估计及均衡实现容易、系统实现复杂度低等优点；但是相对于单载波，OFDM对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起子载波干扰(ICI：Inter Carrier Interference)；同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成ICI。因此，OFDM信号处理中能否实现较为精确的时频同步估计是影响OFDM信号接收性能的关键因素。

而在传统的OFDM时频同步方法中采用了较多的乘法器和寄存器资源，极大提高了算法的复杂度；所以，如何避免使用高位数乘法器资源，降低算法实现复杂度是本领域需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法及系统，解决了现有技术中使用高位数乘法器资源和算法复杂度较高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法，方法的步骤如下：

S1、在发射端产生两段相同的ZC训练序列，并添加循环前缀CP；

S2、在接收端采用延迟自相关同时进行时间同步和频率同步，并将同步结果输出。

所述的S2包括时间同步步骤、频率同步步骤和同步结果输出步骤。

所述的时间同步步骤的具体步骤如下：

S211、时间同步步骤接收到时频同步序列，通过去符号位法对时频同步序列1bit量化，并进行延迟自相关和取模运算；

S212、将延迟自相关和取模运输的输出进行门限判决；

S213、门限判决输出时间同步使能信号并送入到频率同步步骤。

所述频率同步步骤的具体步骤如下：

S221、频率同步步骤接收到时频同步序列，通过取相位差求出两段序列的相位差；

S222、将求出的相位差通过取相角转化为相角，并进行相角缓存；

S223、根据时间同步步骤中的门限判决输出的时间同步使能信号，取出训练序列的相角并输出正余弦波形；

S224、将频偏估计值送入到同步结果输出步骤。

所述的同步结果输出步骤的具体步骤如下：

S231、同步结果输出步骤接收到时频同步序列，并进行数据缓存；

S232、将频率同步步骤输出的频偏估计值和数据通过复数乘法器做频偏补偿；

S233、输出时频同步结果。

所述的延迟自相关包括如下子步骤：

A1、将信号延迟N/2个clock；

A2、对延迟后的信号做共轭乘法运算；

A3、根据共轭乘法运算后的结果进行滑窗求和。

所述的滑窗求和的计算公式如下：

令两段训练序列长度均为1024；

当P₁＝0时，P_N＝a_N+1023-a_N-1。

一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步系统，包括发射端和接收端；所述的发射端用于产生两段相同的ZC训练序列；所述的接收端用于将时频信号和频率信号进行同步。

所述的接收端包括时间同步单元、频率同步单元和同步结果输出单元；

所述的时间同步单元用于接收时频同步序列，输出时间同步使能信号；

所述的频偏估计单元用于接收时频同步序列，得到频偏估计值；

所述的同步结果输出单元用于输出同步后的时间信号和频率信号。

本发明的有益效果是：一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法及系统，在低信噪比条件下，相比于1bit量化前，时间同步性能无明显下降，时间同步和频率同步对同一段训练序列操作，减少了同步序列长度，时间同步性能优良。其具有降低算法复杂度、节约乘法器、寄存器资源、算法更容易实现和可以克服大频偏的信道环境等特点。

附图说明

图1为训练序列框图；

图2为时频同步流程图；

图3为取模运输框图；

图4为延迟自相关框图；

图5为滑窗求和框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步方法，方法的步骤如下：

S1、在发射端产生两段相同的ZC训练序列，并添加循环前缀CP；

S2、在接收端采用延迟自相关同时进行时间同步和频率同步，并将同步结果输出。

如图2和图3所示，所述的S2包括时间同步步骤、频率同步步骤和同步结果输出步骤。

所述的时间同步步骤的具体步骤如下：

S211、时间同步步骤接收到时频同步序列，通过去符号位法对时频同步序列1bit量化，并进行延迟自相关和取模运算；

S212、将延迟自相关和取模运输的输出进行门限判决；

S213、门限判决输出时间同步使能信号并送入到频率同步步骤。

所述频率同步步骤的具体步骤如下：

S221、频率同步步骤接收到时频同步序列，通过取相位差求出两段序列的相位差；

S222、将求出的相位差通过取相角转化为相角，并进行相角缓存；

S223、根据时间同步步骤中的门限判决输出的时间同步使能信号，取出训练序列的相角并输出正余弦波形；

S224、将频偏估计值送入到同步结果输出步骤。

所述的同步结果输出步骤的具体步骤如下：

S231、同步结果输出步骤接收到时频同步序列，并进行数据缓存；

S232、将频率同步步骤输出的频偏估计值和数据通过复数乘法器做频偏补偿；

S233、输出时频同步结果。

如图4所示，所述的延迟自相关包括如下子步骤：

A1、将信号延迟N/2个clock；

A2、对延迟后的信号做共轭乘法运算；

A3、根据共轭乘法运算后的结果进行滑窗求和。

如图5所示，所述的滑窗求和的计算公式如下：

令两段训练序列长度均为1024；

当P₁＝0时，P_N＝a_N+1023-a_N-1，为了保证训练序列长度为1024，所以，当进行滑窗求和时，每当加上了一个数后，就需要减去最开始的第一个数。

一种低复杂度的高速OFDM信号时频同步系统，包括发射端和接收端；所述的发射端用于产生两段相同的ZC训练序列；所述的接收端用于将时频信号和频率信号进行同步。

所述的接收端包括时间同步单元、频率同步单元和同步结果输出单元；所述的时间同步单元用于接收时频同步序列，输出时间同步使能信号；所述的频偏估计单元用于接收时频同步序列，得到频偏估计值；所述的同步结果输出单元用于输出同步后的时间信号和频率信号。

优选地，共轭乘法器可以采用查找表的方法实现，其中共轭乘法器查找表如表1所示：

共轭乘法器查找表表1

优选地，取模运算采用2bit查找表方法实现，其查找表如表2所示：

共轭乘法器查找表表2

优选地，时频同步的流程如下：

(1)通过取符号位方法对时频同步序列1bit量化；

(2)将信号延迟N/2个clock做共轭乘法运算和取模运算后进行滑窗求和；

(3)门限判决，延迟自相关和取模运算的比值为两段训练序列的相关系数，根据相关系数确定门限，然后输出时间同步使能信号并且送入到频率同步步骤中；

(4)通过延迟自相关算法取两段训练序列的相位差，由于频率同步步骤中由于频率同步信号没有1bit量化，共轭乘法器需要使用乘法器资源，其他部分与延迟自相关算法相同；

(5)根据相位差求出相角；

(6)根据时间同步使能信号找到训练序列处的相角；

(7)正余弦波形输出，根据输入的相角，利用数字信号发生器生成频率补偿的正余弦波，并送入到同步结果输出步骤；

(8)数据缓存，数据缓存等待时频同步处理完成，因此，数据的缓存深度为时频同步的处理时间，训练序列深度为训练序列长度N，计算滑窗求和和共轭乘法器的时延之和；

(9)将频偏估计输出的正余弦波与缓存数据做复数乘法运算，补偿频偏；

(10)将正余弦波形的使能信号延迟一个乘法器，时延作为同步结果输出的使能信号与(9)中补偿频偏后的数据同步输出，作为时频同步的结果输出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。