專利名稱：一種基于峰值檢測的ofdm-uwb系統同步方法
技術領域：
本發明屬于短距離無線通信技術領域，具體涉及到正交頻分復用超寬帶(簡寫 “OFDM-UffBOrthogonal Frequency Division Multiplexing-Ultra Wideband") 通信系統的同步方法。
背景技術：
超寬帶(UWB)技術是一種新興的、目前受到廣泛關注的無線通信技術，由于其具 有極大的帶寬，系統容量大，在短距離內傳輸速率高，抗多徑能力強等特點，被視作短距離、 高速無線連接最具開發潛力的傳輸技術，并具有廣闊的應用前景。OFDM-UWB是UWB載波調 制方案中的一種，它基于OFDM技術，兼容了 OFDM技術的許多優點。同步是接收端首先要解 決的問題，同時也是接收端最重要的組成部分之一，然而OFDM-UWB系統發射功率低，多徑 信道分量密集以及載波頻率偏移較大等因素的存在均增大了系統同步的難度，因此，同步 已經成為OFDM-UWB系統設計的關鍵問題。OFDM-UWB 系統的同步是基于 PS(Packet/Frame Synchronization)序列的，在具 體實現上包括定時同步、幀同步和粗的頻率同步(頻偏估計)三部分，其中定時同步包括幀 捕獲(檢測)和粗的符號定時同步，幀捕獲信號可用作介質訪問控制(MAC)層的載波偵聽 信號，符號定時同步是用來確定OFDM符號起始位置；幀同步用于確定PS序列結尾；OFDM技 術對頻率偏差較為敏感，載波頻率偏差破壞了各個子載波之間的正交性，所以在幀同步之 后需要對頻偏進行估計，實現頻率同步。目前，在傳統的互相關算法基礎之上，針對OFDM-UWB系統，有許多改進的同步方 案。其中對性能提升較大的有延遲自相關方案，對低信噪比有較好的魯棒性，但是不能克服 多徑影響。在延遲自相關之后進行多徑能量累積，雖然實現復雜度有了一定程度的提高，但 同步性能較之前有了很大的改善。現有的能量累積方案是對延遲自相關結果進行累加處 理，對于ECMA-368標準中所提到的四種不同的信道環境，不具有普適性，尤其對于CM4這種 信道模式，多徑能量分散，同步效果并不是很好。
發明內容
發明目的本發明的目的在于針對上述同步方法存在的不足，提供一種基于峰值 檢測的OFDM-UWB系統同步方法，在不增加硬件實現復雜度的基礎上，進一步改善同步性 能，使其更具有準確性和普適性。技術方案本發明所述的一種基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法，它是對現 有的延遲自相關方法進行了改進，采用能量加權方式累積信道能量。首先利用ECMA-368標準中給出的PS時域基本符號，完成互相關運算；對相關結 果進行延遲自相關，由于延遲自相關與差分運算相類似，將一次延遲自相關定義為一階差 分；在捕獲階段，采用與多徑信道的功率延遲分布具有近似分布的加權系數，對延遲自相關 結果加權運算，其結果取模運算后與接收信號的累積能量比較以捕獲發送信號，然后采用峰值檢測方法獲得符號定時位置；之后改變加權系數的值，換為累加操作，對累加結果再 進行一次延遲自相關運算，實際上實現了對接收重復序列的二階差分運算，倘若此結果與 ECMA-368標準中給出的同步碼二階差分結果相同，則完成了幀同步，最后利用已有的一階 差分結果實現頻偏估計。本發明所述的基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法，具體包括如下步驟(1)幀捕獲階段首先對接收信號進行兩路處理，上支路是連續進行匹配濾波、延 遲自相關和準匹配濾波運算，下支路是信號能量累積運算，分別得到U、V兩個量，通過比較 二者大小實現幀捕獲，然后通過搜索峰值位置實現粗的符號定時同步；(2)幀同步階段幀同步實現受步驟(1)的結果Cap_ok信號控制，當Cap_ok = 1 為真時，啟動幀同步運算，反之重復步驟(1)的操作；(3)頻偏估計階段頻偏估計實現受步驟(2)的結果synC_ok信號控制，當sync_ ok = 1為真時，啟動頻偏估計運算，反之重復步驟(1)的操作。步驟(1)中，上支路的處理步驟如下(11)接收信號r (η)首先經過濾波處理，此濾波器是與發送端使用的基本PS序列 相對應的匹配濾波器；采用基本PS序列的符號ρ(η)作為濾波器的系數；此步驟實現了數 據的互相關運算，以CC表示，CC的結果c (η)為
權利要求
一種基于峰值檢測的OFDM UWB系統同步方法，其特征在于具體包括如下步驟(1)幀捕獲階段首先對接收信號進行兩路處理，上支路是連續進行匹配濾波、延遲自相關和準匹配濾波運算，下支路是信號能量累積運算，分別得到U、V兩個量，通過比較二者大小實現幀捕獲，然后通過搜索峰值位置實現粗的符號定時同步；(2)幀同步階段幀同步實現受步驟(1)的結果cap_ok信號控制，當cap_ok＝1為真時，啟動幀同步運算，反之重復步驟(1)的操作；(3)頻偏估計階段頻偏估計實現受步驟(2)的結果sync_ok信號控制，當sync_ok＝1為真時，啟動頻偏估計運算，反之重復步驟(1)的操作。
2.根據權利要求1所述的基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法，其特征在于步驟 (1)中，上支路的處理步驟如下(11)接收信號r(η)首先經過濾波處理，此濾波器是與發送端使用的基本PS序列相對 應的匹配濾波器；采用基本PS序列的符號ρ (η)作為濾波器的系數；此步驟實現了數據的 互相關運算，以CC表示，CC的結果c (η)為127咖)=1戶 ("-幻，其中表示x(n)的共軛運算，下同；A=O(12)對步驟(11)的結果c(η)作延遲自相關運算，如下式 ζ (n) =c (η) c* (n+D)，ζ (η)為輸出結果，D的選取與跳頻方式有關，在不跳頻模式下，D = 165 ；(13)對步驟(12)結果進行準匹配濾波，即實現多徑能量加權累積；輸出結果Lu{n) 二一()，i=0α以及L均是可調整參數，在同步性能仿真過程中可以進行優化，其中0< α ^ 1, L 彡 32 ；(14)取模運算，U=I u (η) |。
3.根據權利要求1所述的基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法，其特征在于步驟(1)中，下支路的比較量V計算式如下164 /=0V = V' XTh ； 式中的Th是預設門限值。
4.根據權利要求1所述的基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法，其特征在于步驟(2)具體包括以下步驟(21)匹配濾波，實現數據的互相關運算；(22)在步驟(21)的基礎上，實現第一次延遲自相關運算，之后根據步驟(1)所給出的 峰值位置確定累加窗的位置，進行求和運算；(23)二階差分處理，對步驟(22)的結果再進行一次延遲自相關運算，消除載波頻偏對 幀同步性能的影響；(24)提取步驟(23)結果的實部符號并保存；(25)搜索同步碼，取其二階差分結果末尾六個符號作為比較標準，在有限長度范圍內搜索，當步驟(24)結果與以上符號序列相同時則完成了幀同步。
全文摘要
本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于峰值檢測的OFDM-UWB系統同步方法。對現有的“互相關+延遲自相關+累加運算”方法做了改進，使用準匹配濾波運算取代了累加運算，不僅實現了多徑信道能量的累積，同時也抑制了能量收集過程中的噪聲分量，更加有利于信號捕獲，同時通過搜索峰值位置可以較準確的實現符號定時同步，在此基礎上利用ECMA-368所提供的的同步碼序列實現幀同步，進而實現頻偏估計。與傳統的超寬帶同步方法相比，本發明提出的方法更具有普適性和準確性。
文檔編號H04L27/26GK101951356SQ20101029504
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者常洪雨, 徐仲寧, 李進學, 杜永強, 楊金凱, 王捷, 王海, 蔣良成 申請人:東南大學;江蘇東大通信技術有限責任公司