本发明涉及OFDM系统的定时同步方法,该方法包括如下步骤:1)在OFDM系统发送端产生随机序列A,按其反向输出记录序列B,组成对称结构训练序列S=[A B];2)建立需要的OFDM基带信号,训练序列采用步骤1产生的序列,添加在待发送的数据前,并送入信道;3)OFDM系统接收端接收的信号在时域进行定时同步。该定时同步方法可以提高定时同步的准确性和稳定性,同时不带来明显的运算量提升,且适用于复杂的多径衰落信道。
1.OFDM系统的定时同步方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:1)在OFDM系统发送端产生随机序列A,按其反向输出记录序列B,组成对称结构训练序列S=[Axa0B];所述步骤1)中,训练序列具体长度可根据需要使用的OFDM符号长度决定;2)建立需要的OFDM基带信号,训练序列采用步骤1产生的序列,添加在待发送的数据前,并送入信道;所述步骤2)中OFDM基带信号采用多径信道模型;3)OFDM系统接收端接收的信号在时域进行定时同步;所述步骤3)中定时同步可具体为如下几个步骤:步骤101:进行定时同步时,从接收OFDM信号中某一符号的训练序列位置开始,向前向后各取长度为L的数据段进行相关运算,L为步骤1中训练序列长度的一半;同时利用接收信号的能量将相关运算的结果归一化,这样对每一个采样点可以得到一个计算度量M(t),t为采样点数;步骤102:定义M(t)的相关和值V(t),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="456"/>式中,需要确定搜索窗口W,W应约为信道的最大时延;步骤103,检测V(t)的第一个下降沿,也就是定时的位置应当为第一个满足不等式V(t+1)-V(t)≥T_h的时刻,式中T_h为定义的检测阈值,应大于信道噪声均值,且小于多径信号最强径峰值,自适应确定阈值T_h,利用接收端已知的训练序列T和接收信号r进行互相关运算,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="303"/>计算得到互相关系数t_s,取阈值T_h为t_s峰值的0.2倍,记录最后一个大于阈值T_h的t_s的位置,近似作为信道的最大时延W。技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体涉及基于OFDM系统的定时同步方法。
背景技术
现代通信系统广泛采用正交频分复用技术(Orthogonalxa0Frequencyxa0Divisionxa0Multiplexing,OFDM)技术作为物理层标准之一。OFDM的基本原理是将串行高速数据流转变成低速子数据流,使用相互正交的一组子载波传输数据。子信道的频谱是正交且相互重叠的,因此OFDM频谱利用率较高。因为将串行数据转变为了低速并行数据,OFDM系统可以有效地对抗无线信道的多径效用,但与单载波通信相比,它需要更为精确的系统同步。时间同步错误不仅会使信号的幅度和相位产生畸变,还会导致各个OFDM符号之间产生干扰,引入ISI(Inter-Symbolxa0Interference,符号间干扰),破坏符号的完整性,从而降低系统性能的显著下降。传统的OFDM定时同步通常在数据帧前添加特殊结构的训练序列,在接收端通过输入信号的自相关运算取峰值得到定时同步的起点。这种方法在非多径以及第一径为最强径的多径环境中可以取得良好的效果,但在第一径不是最强径的恶劣无线信道环境中,往往会造成定时的延迟。有人提出对相关运算的结果进行求和计算,搜索相关和值的最大值来作为定时度量,这种方法需要准确确定搜索窗口的大小,否则也会造成定时不准。
发明内容
本发明的目的在于,针对复杂多径信道下OFDM系统现有定时同步技术易造成定时后移的问题,提出一种OFDM系统的定时同步方法,用以提高多径信道下OFDM系统定时同步的准确性和稳定性。本发明的技术方案为:OFDM系统的定时同步方法,该方法包括如下步骤:1)在OFDM系统发送端产生随机序列A,按其反向输出记录序列B,组成对称结构训练序列S=[Axa0B];2)建立需要的OFDM基带信号,训练序列采用步骤1产生的序列,添加在待发送的数据前,并送入信道;3)OFDM系统接收端接收的信号在时域进行定时同步。进一步,所述步骤1)中,训练序列具体长度可根据需要使用的OFDM符号长度决定。进一步,所述步骤2)中OFDM基带信号采用多径信道模型。进一步,所述步骤3)中定时同步可具体为如下几个步骤:步骤101:进行定时同步时,从接收OFDM信号中某一符号的训练序列位置开始,向前向后各取长度为L的数据段进行相关运算,L为步骤1中训练序列长度的一半;同时利用接收信号的能量将相关运算的结果归一化,这样对每一个采样点可以得到一个计算度量M(t),t为采样点数;步骤102:定义M(t)的相关和值V(t),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="437"/>式中,需要确定搜索窗口W,W应约为信道的最大时延;步骤103,检测V(t)的第一个下降沿,也就是定时的位置应当为第一个满足不等式V(t+1)-V(t)≥T_h的时刻,式中T_h为定义的检测阈值,应大于信道噪声均值,且小于多径信号最强径峰值。本发明的优点在于,在OFDM接收系统定时同步中检测定时度量的第一个下降沿而不是直接取峰值,可以提高定时同步的准确性和稳定性,同时不带来明显的运算量提升,且适用于复杂的多径衰落信道。
附图说明
图1是通用的OFDM系统链路级模型。图2是本发明采用的数据帧结构,由训练序列和数据流构成。图3是本发明定时同步的具体步骤示意图。图4是利用互相关运算确定搜索窗口大小的效果图。图5是对M(t)进行求和运算的示意图。图6是本发明方法与传统方法在复杂多径环境下的效果对比。
具体实施方式
下文结合附图,对实施范例作详细说明。值得注意的是,下述说明仅仅是示例性的,并非构成对本发明的限制。图1是通用OFDM系统结构框图,包含了一个完整OFDM系统应具备的基本模块。步骤1:发射端设定OFDM系统子载波数1024,循环前缀128位,映射方式选择QPSK。训练序列由一个128位的随机序列和其逆向序列构成对称结构,记为T。每一帧数据添加训练序列后,构成如图2所示的帧结构,送入信道进行发射。步骤2:信号经过多径衰落信道,会受到多径效应和高斯噪声的干扰影响。其中多径信道路径数为4,且第一径与最强径能量相比较小,接收端接收到的信号为4条路径分别受到相应延迟和功率衰减后,进行叠加的结果,记为r(t)。步骤3:OFDM系统接收端接收到信号r(t),在解调前应对其进行时频同步,本发明提出的定时同步具体方法过程如图3所示。接收信号后利用式ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="295"/>进行自相关运算,得到相关度量M(t),其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="541"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="443"/>L为训练序列的长度。同时利用已知的训练序列T和接收信号r(t)进行互相关运算,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="281"/>计算得到的互相关系数t_s会在多径延迟分布的采样点出现峰值,可以粗略的体现出多径的能量分布。记录最后一个大于阈值T_h的t_s值得位置可以近似等于信道的最大时延,阈值的选取可以根据实际情况确定,一般定为t_s峰值的0.2倍。图4显示了使用这种方法得到的信道最大时延的效果。设定M(t)进行求和运算的计算窗口W为上步中得到的信道最大时延,确定搜索窗口W后,在W内对M(t)进行求和运算,如图5所示,得到ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="431"/>在搜索窗口W内检测V(t)的第一个下降沿可得到最后的定时同步结果。定时同步结果t_time应该是第一个满足不等式V(t_time+1)-V(t_time)≥T_h的位置。实验证明,使用本发明提出的定时同步方法与传统方法相比,可以明显提高定时准确性和稳定性。在相同的多径衰落环境下,通过前述具体实施步骤,传统方法和本发明方法定时效果随信噪比变化如图6所示。比较可以发现,在这种第一径不明显的复杂多径环境下,传统方法在较小信噪比下定时结果不可信,且随着信噪比的增加,定时同步的结果逐渐向最强径靠近,无法准确定位到第一径位置。本发明方法在达到信噪比要求后,可以准确定位到第一径,而不会造成定时同步的错误。算法复杂度方面,与传统方法相比,本发明是在传统方法的基础上增加了一次加法运算和固定有限次减法运算,并不带来明显的计算量的提升,但可以获得良好的定时效果。以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此。可以理解,本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。