OFDM系统时频同步方法、终端设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种OFDM系统时频同步方法、终端设备及存储介质，分为粗时频估计和精时频估计两部分，首先，利用训练序列的对称共轭特性进行粗定时估计和粗频偏估计，其次，利用CAZAC序列在频域仍保持良好的自相关特性完成细频偏估计和细定时估计。仿真结果表明，与传统方案相比，本发明专利技术的方案能够更精确地估计符号定时和载波频偏，并使频率偏移的估计范围得到了极大的扩大。到了极大的扩大。到了极大的扩大。

【技术实现步骤摘要】
OFDM系统时频同步方法、终端设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及多载波调制技术，特别是一种OFDM系统时频同步方法、终端设备及存储介质。

技术介绍

[0002]正交频分多路复用技术(OFDM)作为一种多载波调制技术，具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰的能力，使得OFDM系统成为目前通信领域研究的热点。然而，OFDM技术对定时误差和载波频偏非常敏感，系统同步存在偏差会影响子载波间的正交性，引起载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)，导致系统性能下降。同时，由于通信信道往往伴随着可用频带有限、信号衰减大、广泛的存在多径效应以及所引起的频率选择性衰减的等问题，都给通信系统的准确同步带来影响。所以同步技术成为OFDM技术的主要研究难点之一。
[0003]OFDM时域同步典型方法是基于特定前导符号同步。最著名的是M.Schmidl和C.Cox等人利用PN序列构造特定的训练序列进行定时同步和频偏同步，获得了不错的效果，但是由于“平台效应”使得信号的准确起始点仍旧是模糊的。Minn等人通过对Schmidl方法的定时度量函数做滑动处理，消除了“平台效应”，定时性能得到提升，但仍旧存在定时不准确的问题。Park等人通过设计一个关于中心对称共轭的结构，实现了定时包络的脉冲特性，但由于循环前缀(CP)的存在使得方法存在边带干扰。同时因为伪随机(PN)序列构成的前导的峰均比(PAPR)很大，导致在信号传输中的非线性失真使得性能降低。由于恒包络零自相关(CAZAC)序列的功率谱平坦且具有零自相关性能可以有效的抵抗多径带来的影响，一些学者用CAZAC序列代替PN序列实现性能更好的时频估计方法。Guangliang Ren等人利用CAZAC序列构造新的训练序列，有尖锐的定时同步峰，并且实现了良好的频偏估计，但是在复杂多径信道中性能有所下降。Malik等人利用两个共轭的CAZAC序列作为前导进行粗定时和频偏估计，虽然可以准确地估计CFO，但由于使用了两个训练序列，导致传输效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种OFDM系统时频同步方法，
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种OFDM系统时频同步方法，包括：
[0006]利用下式确定定时偏移量的估计值：
[0007]其中，
d为信号起始时刻的位置，N为同步序列长度，P1(d)为接收同步序列的前后两部分对称相关值，P2(d)为接收同步序列四等分后得到的延迟相关值，r(d)为以d为信号起始位置截取的接收同步信号，r(d+N/2
‑
n
‑
1)代表d位置后N/2
‑
n
‑
1长度的接收信号样值，m
s
＝[m
s1 m
s2
]为对同步序列后半部分加权的m序列，m
s1
和m
s2
分别为发射端对四等分后同步序列的第三部分和第四部分进行加权的m序列，R(d)为d时刻后长度为N的接收信号能量的一半。
[0008]本专利技术的定时偏移估计方法采用相关性能极佳的CAZAC序列进行同步序列的设计，同时将同步序列的后半部分进行m序列的加权操作。接收端进行定时同步时，通过同时采用延迟相关和对称相关以确保定时度量函数只在正确定时点处得到尖锐的峰值，而在其他位置不会出现其他的旁瓣，因此本专利技术的方法有较强的抗噪声和抗多径能力，这使得该定时偏移估计方法能在更低的信噪比下实现更低的错误率。
[0009]进一步地，本专利技术的方法还包括：
[0010]利用公式ε＝ε1+ε2计算归一化频偏估计值ε；其中，计算归一化频偏估计值ε；其中，a/π为小数倍频偏，2z为整数倍频偏；a/π为小数倍频偏，2z为整数倍频偏；其中，B
F
为发射端原同步序列的后半部分去除加权然后经过FFT之后的偶数频率数据组成的序列，g为循环移位量，B
F*
(b
‑
g)代表将B
F
进行共轭操作然后进行循环移位g长度，X
B
为接收端同步序列的后半部分去除加权然后经过FFT之后的偶数频率数据组成的序列，X
B
(b
‑
z/2)为存在的整数倍频偏z对接收同步序列后半部分的频域数据带来z/2的循环移位影响，m
*
为接收信号第一径位置与能量最强径位置偏差，ω(2b)为以b为自变量时信道引入的噪声影响，b∈[0,N/4
‑
1]。
[0011]本专利技术的载波频偏估计方法设计为先时域后频域的两段式结构。首先利用同步序列时域的重复部分进行小数倍频偏估计，同时将奇数倍的整数倍频偏补偿为偶数倍的整数倍频偏，该方法对定时同步的准确度要求不高，当信道存在多径或者其他干扰导致定时同步落在CP内部都不会影响该方法的估计精度。然后利用训练序列中加权部分的频域信息进行宽范围的整数倍频偏细估计，最终实现能够在瑞利多径信道下稳健工作的宽范围高精度
载波频偏估计。
[0012]接收信号第一径位置与能量最强径位置偏差m
*
的计算公式为：
[0013]m
*
＝max(Q2(x)
‑1(y＞α
·
max(Q2(x))))
‑
z/2；
[0014][0015]其中，L为保护间隔长度，x为循环移位量，y代表在x∈[0,L]时Q2(x)的相关结果，A
F*
(b)代表将A
F
进行共轭操作然后对应不同自变量b的取值，A
F
为发射端原同步序列的前半部分经过FFT后的偶数频率数据组成的序列，X
A
为接收端同步序列的前半部分经过FFT之后的偶数频率数据组成的序列，X
A
(b
‑
z/2)为存在的整数倍频偏z对接收同步序前半部分的频域数据带来z/2的循环移位影响，α为阈值参数，α∈(0,1)。
[0016]本专利技术通过利用训练序列的频域特点，提出自适应阈值的信号第一到达路径与能量最强径的偏差m
*
估计方法，当通信信号径过不同信道时受到未知干扰产生不同的能量衰减时，方法将阈值设置为能量最强径对应相关结果的小数倍，以实现阈值在不同信噪比下的自适应动态变化，使其保证检测精度的同时尽可能的降低检测阈值，最终实现在低信噪比下准确估计接收信号第一径的位置。
[0017]进一步地，α取值为0.2～0.4。
[0018]进一步地，α取值为0.3。
[0019]进一步地，所述序列包括：循环前缀、长度为N/4的两段CAZAC序列A、对序列A进行共轭对称后进行m序列加权生成的两段序列B'、循环后缀。本专利技术采用了相关性能极好的CAZAC序列，同时设计成重复结构以抵抗载波频率偏移。
[0020]A＝[a(0),a(1),
…
,a(N/4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种OFDM系统时频同步方法，其特征在于，包括：利用下式确定定时偏移量的估计值：其中，其中，d为信号起始时刻的位置，N为同步序列长度，P1(d)为接收同步序列的前后两部分对称相关值，P2(d)为接收同步序列四等分后得到的延迟相关值，r(d)为以d为信号起始位置截取的接收同步信号，r(d+N/2
‑
n
‑
1)代表d位置后N/2
‑
n
‑
1长度的接收信号样值，m
s
＝[m
s1 m
s2
]为对同步序列后半部分加权的m序列，m
s1
和m
s2
分别为发射端对四等分后同步序列的第三部分和第四部分进行加权的m序列，R(d)为d时刻后长度为N的接收信号能量的一半。2.根据权利要求1所述的OFDM系统时频同步方法，其特征在于，还包括：利用公式ε＝ε1+ε2计算归一化频偏估计值ε；其中，a/π为小数倍频偏，2z为整数倍频偏；a/π为小数倍频偏，2z为整数倍频偏；其中，B
F
为发射端原同步序列的后半部分去除加权然后经过FFT之后的偶数频率数据组成的序列，g为循环移位量，B
F*
(b
‑
g)代表将B
F
进行共轭操作然后进行循环移位g长度，X
B
为接收端同步序列的后半部分去除加权然后经过FFT之后的偶数频率数据组成的序列，X
B
(b
‑
z/2)为存在的整数倍频偏z对接收同步序列后半部分的频域数据带来z/2的循环移位影响，m
*
为接收信号第一径位置与能量最强径位置偏差，ω(2b)为以b为自变量时信道引入的噪声影响，b∈[0,N/4
‑
1]。3.根据权利要求2所述的OFDM系统时频同步方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，杨驰，彭聪，崔永林，张舒皓，马朝飞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：