低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MIMO-OFDM系统同步方法技术方案

本发明专利技术是一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MIMO‑OFDM系统同步新方法，其特征在于：针对在低信噪比条件下分布式MIMO‑OFDM系统同步性能不理想等特点，本发明专利技术提出一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MIMO‑OFDM系统同步新方法。该方法首先构造四相正交ZCZ序列及其周期延拓构造共轭对称的新训练序列，其次，在接收端建立数据信号和新训练序列的互模糊函数，获取精确的时间同步和频偏估计。理论分析及仿真表明：在‑10dB信噪比下，与同类同步方法相比，该方法性能更优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及MM0-0FDM
，特别是一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的 分布式M頂0-0FDM系统同步新方法。
技术介绍
随着无线通信领域的飞速发展，人们对通信质量和通信速度有越来越高的要求， 其未来移动通信强调需要有较高的传输速率以及频谱利用率高，而MMO-OFDM系统有效 地解决了这两大要求。0FDM技术具有良好的抗多径衰落的能力以及频谱利用率高、高速 率传输等优点，MHTO技术采用多发射天线和多接收天线进行无线通信传输技术，可获得 空间复用增益和空间分集增益，有效增加系统信道容量。0FDM技术和MM0技术相结合的 M頂0-0FDM系统可以有效地达到上述要求。 现有的MIM0-0FDM系统仍然存在对同步错误率和频率偏移敏感的问题，目前，分 布式M頂0-0FDM系统本身比较复杂，从而分布式M頂0-0FDM系统同步方法研究较少，因此， 研究分布式MHTO-OFDM系统同步方法是目前4G无线通信网络的主要研究方向之一。 在低信噪比条件下，分布式Mnro-OFDM系统很难获取精确的同步，因此，提出 一种在低信噪下获取良好的系统同步性能非常有必要。AliS.Rachini等人提出一种 基于CAZAC序列新训练序列结构的时间同步方法，在接收端是利用本地训练序列与数 据信号相关获取定时同步。仿真结果表明在低信噪比条件下，该方法的时间同步性能 较好，但是没有考虑存在频率偏移的情况下。XiaoChi等人提出一种改进的载波频 率同步方法，该方法是假设具有精确的时间同步的条件下进行，在接收端采用短序列 相关获取整数频偏估计，长序列相关获取小数频偏估计，仿真结果表明，在低信噪比条 件下，频偏估计性能较优，但该算法缺乏考虑定时频偏存在的情况下。对比文献： AliS.Rachini,FabienneNouvel,AliBeydoun,BilalBeydoun.ANovelCompact PreambleStructureforTimingSynchronizationinMIM00FDMSystemsUsingCAZAC Sequences.TheSecondInternationalConferenceonCommunications,Computat ion,NetworksandTechnologies,pp:1-6,2013. XiaoChi,YinChangchuan，Huang Hai,PengDuan，MaYan.Animprovedcarrierfrequencysynchronizationalgorithm withspatialdiversityMIM0-0FDMsystem?Proceedingsofthe2ndIEEE InternationalConferenceonBroadbandNetwork&MultimediaTechnology. Beijing:IEEE, 2009:628-631. 为了克服现有的分布式MMO-OFDM系统同步方法的不足，提出一种低信噪比ZCZ 序列及互模糊函数的分布式MIM0-0FDM系统同步新方法，该同步方法的训练序列采用基于 四相的正交ZCZ序列构造训练序列，其具有保密性和独创性等优点，并且由于每根天线上 的训练序列不一样，可以有效避免天线间的干扰，便于分布式MIM0-0FDM系统在接收端的 天线选择。
技术实现思路
本专利技术提出一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MM0-0FDM系统同步新 方法，该方法主要是针对在低信噪比条件，分布式MMO-OFDM系统很难获取精确的同步信 息。本专利技术提出的同步新方法，首先是构造四相正交ZCZ序列及其周期延拓构造共辄对称 的新训练序列，其次，在接收端建立数据信号和新训练序列的互模糊函数，获取精确的时间 同步。其精确的时间同步和频偏估计可以保证数据信号的正确解调。 本专利技术提出一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MM0-0FDM系统同步新 方法的创新点： (1)本专利技术采用现有的四相正交序列的ZCZ序列，以及通过ZCZ序列周期延拓并经 过IFFT调制后的序列构成共辄对称训练序列。 (2)本专利技术在接收端，利用互模糊函数性质进行相关，并获取精确的时间同步，以 及采用数据信号相关获取频率偏移估计值。 本专利技术提出一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MMO-OFDM系统同步新 方法，该系统的天线设置NT个发射天线和NR个接收天线，其具体步骤如下： 步骤1 :采用现有的四相正交序列的ZCZ序列，其一个四相ZCZ序列集（L，U，T)= (16,4,4)是由四相互补序列对的方法产生，L为序列的长度，U为序列的数目，T为零相关 区的宽度。其四相正交序列可以表示为： C〇= ； Q= ； C2= ； C3= ； 其中，正交序列(^是C。循环左移4个位置得到，C2是C:循环左移4个位置得到， (：3是(：2循环左移4个位置得到； 步骤2 :利用上述四相正交的序列经过IFFT变换将频域序列转换为时域序列，其 可以表示为： Cl (n) =IFFT(Cx (n)), 0 ^i^ 3 (1) 步骤3:N为子载波数，将该四相正交的短序列Cl(n)和c1+1(n)重复L/2次分别构 造成长度为N/8序列Cl' (n)和c1+1' (n)，随后将其两个序列组成长度为N/4的序列Pl(n)， 其可以表示为：③ 步骤3 :将序列Pl (n)经过共辄特性构造序列Sl (n)，其可以表示为： Sl(n) =Pl*(n+N/4) (3) 步骤4 :将序列Pl (n)和序列Sl (n)组合，并重复一次构造训练序列心(n)。 步骤5 :基于新训练序列的互模糊函数可获取定时同步信息，其具体表达式如下：(4) 式中，r]( ?)表示接收端第j根天线上的数据信号，<(?)是第i根发射天线上的训 练序列。 步骤6 :由于模糊函数在原点有极大值，因此，其同步精确定时偏移估计位置为：(5) 式中，表示定时偏移估计值。 步骤7 :利用接收信号相关获取频率偏移估计值，其频率偏移估计函数可以表示 为： 式中，D为0FDM符号长度与训练序列重复式样的长度之比取整数，则频率偏移估 计范围是I4 由此可知，频偏估计范围会因〇的取值增大而增大。 步骤8 :为了进一步提高频偏估计性能，在估计出频率偏移后，对已估计的频率偏 移进行补偿，其可以表示为： 步骤9 :利用循环前缀再估计一次频率偏移，其可以有效的提高频偏估计性能，其 具体公式可以表示为： 式中，1人;.-￥狄5。 步骤10 :频率同步的偏移估计值是： 式中，I表示总的频偏估计值。【附图说明】 为了更加详细说明一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MM0-0FDM系统 同步新方法，针对本专利技术所涉及到的图表进行详细说明。 图1是本专利技术MMO-OFDM系统原理基本框图。图中，MHTO-OFDM系统原理基本 框图主要是由两部分组成，分别是发射机和接收机，在发射机端，主要模块包括：调制模块 102,IFFT模块104,数模转换模块（D/A) 108,在接收机端，主要模块包括：模数转换模块（A/ D) 109,同步和信道估计模块110,FFT模块113,解调模块115。 图2是本专利技术新ZC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低信噪比ZCZ序列及互模糊函数的分布式MIMO‑OFDM系统同步新方法，其特征在于：该系统的天线设置NT个发射天线和NR个接收天线，其具体步骤如下：步骤1：采用现有的四相正交序列的ZCZ序列，其一个四相ZCZ序列集(L,U,T)＝(16，4，4)是由四相互补序列对的方法产生，L为序列的长度，U为序列的数目，T为零相关区的宽度，其四相正交序列可以表示为：C0＝[1 1 1 1 1 j ‑1 ‑j 1 ‑1 1 ‑1 1 ‑j ‑1 j]；C1＝[1 j ‑1 ‑j 1 ‑1 1 ‑1 1 ‑j ‑1 j 1 1 1 1 1]；C2＝[1 ‑1 1 ‑1 1 ‑j ‑1 j 1 1 1 1 1 j ‑1 ‑j]；C3＝[1 ‑j ‑1 j 1 1 1 1 1 j ‑1 ‑j 1 ‑1 1 ‑1]；其中，正交序列C1是C0循环左移4个位置得到，C2是C1循环左移4个位置得到，C3是C2循环左移4个位置得到；步骤2：利用上述四相正交的序列经过IFFT变换将频域序列转换为时域序列，其可以表示为：ci(n)＝IFFT(Ci(n)),0≤i≤3   (1)步骤3：N为子载波数，将该四相正交的短序列ci(n)和ci+1(n)重复L/2次分别构造成长度为N/8序列ci′(n)和ci+1′(n)，随后将其两个序列组成长度为N/4的序列pi(n)，其可以表示为：pi(n)=ci(n)′,0≤n≤N/8-1ci+1(n)′,N/8≤n≤N/4-1---(2)]]>步骤3：将序列pi(n)经过共轭特性构造序列si(n)，其可以表示为：si(n)＝pi*(n+N/4)   (3)步骤4：将序列pi(n)和序列si(n)组合，并重复一次构造训练序列ti(n)；步骤5：基于新训练序列的互模糊函数可获取定时同步信息，其具体表达式如下：χrj,ti(k,τ)=Σn=0N-1rj(n+τ2)ti*(n-τ2)ej2πnkN---(4)]]>式中，rj(·)表示接收端第j根天线上的数据信号，是第i根发射天线上的训练序列；步骤6：由于模糊函数在原点有极大值，因此，其同步精确定时偏移估计位置为：τ^i,j=argmax{|χrj(m),ti(argmax|χrj(m),ti(k,0)|,0)|}---(5)]]>式中，表示定时偏移估计值；步骤7：利用接收信号相关获取频率偏移估计值，其频率偏移估计函数可以表示为：F(d)=Σi=0NTΣj=0NRΣn=0N/D-1rj*(n+d)rj(n+d+N/D)---(6)]]>ϵ^ij=D2πangle[F(d)]---(7)]]>式中，D为OFDM符号长度与训练序列重复式样的长度之比取整数，则频率偏移估计范围是由此可知，频偏估计范围会因D的取值增大而增大；步骤8：为了进一步提高频偏估计性能，在估计出频率偏移后，对已估计的频率偏移进行补偿，其可以表示为：rj′(n)=rj(n)e-j2πϵ^ijnN---(8)]]>步骤9：利用循环前缀再估计一次频率偏移，其可以有效的提高频偏估计性能，其具体公式可以表示为：ϵ^ij,residual=-12πangle{Σi=0NTΣj=0NRΣn=0Ng-1rj′(n)[rj′(n+N)]*}---(9)]]>式中，|ϵ^ij,residual|≤0.5;]]>步骤10：频率同步的偏移估计值是：ϵ^=ϵ^ij+ϵ^ij,residual---(10)]]>式中，表示总的频偏估计值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗仁泽，杨娇，刘志平，蒋鹏，陆存，胡帅男，张耀，郭俊，曹文昌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51