專利名稱：時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法
技術領域：
本發明涉及通信領域中同步技術領域，尤其涉及一種適用于寬帶數據分組突發 傳輸正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法。
背景技術：
正交頻分復用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)技術因其出色的抗多徑能力和很高的頻譜利用率在當前寬帶無線通信系統及數字廣播通信系統中得 到了廣泛的應用。例如，無線局域網標準WiFi(802.1 la/g/n)，WiMax(802.16d/e)、LTE 下行鏈路，數字廣播系統DVB、CMMB等都采用了 OFDM技術。
OFDM技術的一個主要缺點是對時間和頻率的偏移比較敏感，時間偏移會導致 符號間干擾，對頻率偏移比較敏感是OFDM技術的一個主要缺點，頻率偏移會破壞子載 波之間的正交性，引起載波間干擾，使得系統性能急劇下降。要想實現OFDM系統數據 解調結果的低誤碼率性能，需要精確的頻率同步。不同的頻率同步算法會導致頻率同步 實現的復雜度差別巨大，而分組突發的寬帶數據傳輸系統需要同步借助輔助訓練數據序 列的作用在很短的時間內完成同步，因而需要同步技術具備低復雜度和實時性的優點， 同步是OFDM接收機設計中的一個研究熱點。傳統的時頻同步聯合估計方法采用聯合 定時和頻偏的同步算法，該算法是T.M.Schmidl所設計的時頻同步算法以及對Schmidl的 改進算法[18]，在該方法中使用位于數據幀頭的兩個訓練序列分兩步得到時間和頻率同 步，其時間同步是通過搜索第一個序列內前后完全相同的兩部分的相關性而得到，但該 算法的缺點是在正確的定時點附近存在一個定時測度平臺，導致較大的定時方差。同 時，采用該算法的另一缺點是頻偏估計范圍較小，且往往只能估計小數倍頻偏。
OFDM系統中的頻率偏移可以分為子載波間隔小數倍的頻偏(小數倍頻偏ffrJ以及子載波間隔整數倍的頻偏(整數倍頻偏fmt)，子載波間隔小數倍的頻偏會破壞子載波間的正交性，引起子載波間干擾；子載波間隔整數倍的頻偏則導致解調后的數據在子載波上的整體偏移；因此OFDM的頻率同步包括子載波間隔小數倍及整數倍頻偏的估計和補 mte ο
關于OFDM系統的頻率同步方法已經有許多文獻進行了研究，這些方法可以分 為盲估計算法以及數據輔助估計算法兩大類。數據輔助估計算法因其捕獲速度快，估計 精度高的特點更適用于突發的數據傳輸。Moose提出了載波頻率偏移的最大似然估計算 法[1]，采用兩個連續的相同訓練序列，頻偏的估計范圍為士0.5個子載波間隔，通過縮短 訓練序列可以增加頻偏的估計范圍，但同時會帶來估計精度的下降。
相對于傳統的時頻同步算法，本發明所提出的方法在用于時間同步時，僅用于 時間粗同步，不需對定時測度平臺有嚴格的要求，簡化了系統測度函數的硬件設計。采 用長度不同的兩個相關器用于定時自相關峰的檢測，增加了抵抗噪聲的能力。相對于傳 統的整數倍頻偏估計方法，本發明提出的方法在時域上利用兩個長度不同的自相關器對短序列進行相關運算檢測峰值，并根據兩個自相關器各自估算出的頻偏值，通過設計的 頻偏取值范圍判決器，同時聯合估計出小數倍頻偏和小于3倍整數頻偏的整數倍頻偏。發明內容
(一)要解決的技術問題
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種時間粗同步和頻率精同步的時域聯 合估計方法，以解決傳統的時頻聯合估計方法中定時測度平臺要求嚴格從而導致系統測 度函數硬件設計復雜，整數倍頻偏估計和符號細同步不準確并且相互影響，時頻同步分 別估算小數倍頻偏和整數倍頻偏所帶來的硬件運算開銷較大，以及時頻同步算法的運算 復雜度導致延時增加的矛盾。
本發明的方法具備抗多徑干擾和抗噪聲干擾能力強，定時測度運算簡單，頻率 偏移估計范圍大，頻率估計精度高，運算復雜度低，運算延遲時間短的優點。
(二)技術方案
為達到上述目的，本發明提供了一種時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計 方法，該方法包括
對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數長度的自 相關運算；
實時并行的通過小點數自相關峰值以及通過大點數自相關峰值確定聯合確定時 間粗同步位置；
在時間粗同步位置確認點，根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值聯合確 定頻率檢測結果。
上述方案中，該方法包括以下步驟
步驟1 設置小點數自相關運算器和大點數自相關運算器的相關器長度；
步驟2 對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數 長度的自相關運算；
步驟3 根據設置的小點數自相關峰值檢測第一時間粗同步位置；
步驟4:在檢測到小點數自相關峰值的基礎上，根據設置的大點數自相關閾值 門限檢測大點數自相關峰值，并根據大點數自相關峰值檢測第二時間粗同步位置；
步驟5:根據第一時間粗同步位置和第二時間粗同步位置，聯合確定時間粗同 步位置；
步驟6 根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值計算整數倍頻偏估計粗值 和小數倍頻偏估計粗值；
步驟7 將整數倍頻偏估算粗值和小數倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器求 出最終準確頻偏檢測結果。
上述方案中，步驟1中所述設置小點數自相關運算器和大點數自相關運算器的 相關長度，具體包括
根據綜合考慮OFDM訓練序列長度和系統接收信號頻偏值的范圍，設定用于第 一時間粗同步位置和整數倍頻偏粗值估算的小點數自相關運算器的長度為Dshrat,設定用 于第二時間粗同步位置和小數倍頻偏粗值估算的大點數自相關器的長度為Dlrag。
上述方案中，在進行時間粗同步和頻率精同步之前，需要進行自動增益控制的 處理，可用于進行自相關運算長度的OFDM短訓練序列長度決定了 Dshrat和Dkmg的最大長 度不能超過短訓練序列長度的3/4。
上述方案中，根據/Δ二 —。^ arctan(max(z))
權利要求
1.一種時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在于，該方法包括 對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數長度的自相關運算；實時并行的通過小點數自相關峰值以及通過大點數自相關峰值確定聯合確定時間粗 同步位置；在時間粗同步位置確認點，根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值聯合確定頻 率檢測結果。
2.根據權利要求1所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，該方法包括以下步驟步驟1 設置小點數自相關運算器和大點數自相關運算器的相關器長度； 步驟2 對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數長度 的自相關運算；步驟3 根據設置的小點數自相關峰值檢測第一時間粗同步位置； 步驟4:在檢測到小點數自相關峰值的基礎上，根據設置的大點數自相關閾值門限 檢測大點數自相關峰值，并根據大點數自相關峰值檢測第二時間粗同步位置；步驟5:根據第一時間粗同步位置和第二時間粗同步位置，聯合確定時間粗同步位置；步驟6 根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值計算整數倍頻偏估計粗值和小 數倍頻偏估計粗值；步驟7 將整數倍頻偏估算粗值和小數倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器求出最 終準確頻偏檢測結果。
3.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟1中所述設置小點數自相關運算器和大點數自相關運算器的相關長度，具體包 括根據綜合考慮OFDM訓練序列長度和系統接收信號頻偏值的范圍，設定用于第一時 間粗同步位置和整數倍頻偏粗值估算的小點數自相關運算器的長度為Dsh。rt，設定用于第 二時間粗同步位置和小數倍頻偏粗值估算的大點數自相關器的長度為Dlrag。
4.根據權利要求3所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，在進行時間粗同步和頻率精同步之前，需要進行自動增益控制的處理，可用于進行 自相關運算長度的OFDM短訓練序列長度決定了 Dshrat和Dkmg的最大長度不能超過短訓練 序列長度的3/4。
5.根據權利要求3所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在于，根據
6.根據權利要求3所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在于，Dshrat選擇為16，即可估算2倍整數倍頻偏大小的頻偏估值；Dkmg選擇為64，即可估 算0.5倍頻偏大小的頻偏估值；通過并行使用兩個自相關器，可進行寬范圍、高精度的 頻偏取值估計，其中寬范圍是指頻偏估算范圍大于兩倍頻偏，高精度是指估計精度誤差 < 10_3，信噪比> 5。
7.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟2中所述對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數 長度的自相關運算，是根據
8.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟3中所述根據設置的小點數自相關峰值檢測第一時間粗同步位置，具體包括1)、將自相關模值|Zn|簡化為實部絕對值與虛部絕對值的和相加
9.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟4中在檢測到小點數自相關峰值的基礎上，根據設置的大點數自相關閾值門限 檢測大點數自相關峰值，具體包括1)、將自相關模值|Zn|簡化為實部絕對值與虛部絕對值的和相加
10.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟5中所述根據第一時間粗同步位置和第二時間粗同步位置，聯合確定時間粗同 步位置，包括在同時滿足
11.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟6中所述根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值計算整數倍頻偏估計粗值和小數倍頻偏估計粗值，包括確認粗同步成功后，根據小點數自相關峰值計算整數倍頻偏估計粗值，根據大點數 自相關峰值計算小數倍頻偏估計粗值。
12.根據權利要求11所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟6中所述根據小點數自相關峰值計算整數倍頻偏粗值的具體步驟包括確認粗同步成功后，即Coarse_sync_ok = 1的條件基礎上，根據fin, =_。j! arctan(max(z/;or)))求得整數倍頻偏粗值fint的估計。
13.根據權利要求11所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟6中所述根據大點數自相關峰值計算小數倍頻偏粗值的具體步驟包括確認粗同步成功后，即Coarse_sync_ok = 1的條件基礎上，根據ffrac = _2 J arctan(max(z/0 g))long s求得小數倍頻偏估計粗值ffra。。
14.根據權利要求2所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟7中所述將整數倍頻偏估算粗值和小數倍頻偏估算粗值通過頻偏取值判決器求 出最終準確頻偏檢測結果，是根據整數頻偏估計粗值和根據小數頻偏估計粗值，按取值 判決原則確定最終的準確頻偏估計值fall—fo6。
15.根據權利要求12所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，步驟7中求取最終的準確頻偏估計值fall—foe具體包括步驟1)、根據下述判決原則進行第一步的頻偏值估計ffrac >0丄,e 卜α”α2]_ fJrac步驟2)、在步驟1)不滿足的條件下，根據下述判決原則進行頻偏值估計‘frac > 0' fin, e[a2’Of4]< fm 丨，α3]；‘all _ foe — J frac ■fall _ foe步驟3)、在步驟1)和2)均不滿足的條件下，根據下述判決原則進行頻偏值估計fJrcc > 0Jinlffrac <0,/w e[-a4,-a2]:J all _ foe 一 J frac J1 ！步驟4)、在步驟1)、2)和3)均不滿足的條件下，根據下述判決原則進行頻偏值估計fJrac < ^ Jini ^ ("00^3]步驟5)、在步驟1)、2)、3)和4)均不滿足的條件下，根據下述判決原則進行頻偏值^all _ foe = ffrac _ 2 X估計\ffrac曰[ 4，+)Jall foe 二 J frac + 2 X / ；Λ r Γ、。
16.根據權利要求15所述的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，其特征在 于，所述α π α2, α 3, α 4的取值分別設置為α J = 0.25, α2 = 0.75， α 3 = 1.25, α4=1.75。
全文摘要
本發明公開了一種適用于正交頻分復用系統(OFDM)的時間粗同步和頻率精同步的時域聯合估計方法，該方法包括對接收端的基帶數據序列并行進行小點數長度的自相關運算和大點數長度的自相關運算；實時并行的通過小點數自相關峰值以及通過大點數自相關峰值確定聯合確定時間粗同步位置；在時間粗同步位置確認點，根據小點數自相關峰值和大點數自相關峰值聯合確定頻率檢測結果。利用本發明，提高了檢測精度，解決了傳統的時域同步信息不能檢測整數倍頻偏而影響后續時間細同步精度、時頻聯合估計方法中整數倍頻偏估計和符號細同步不準確并相互影響，以及時頻同步延時長，運算開銷大的問題。
文檔編號H04L27/26GK102025671SQ200910092878
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者吳斌, 周玉梅, 朱勇旭 申請人:中國科學院微電子研究所