专利名称：正交频分复用系统的频率同步方法
技术领域：
本发明涉及一种正交频分复用系统的频率同步方法，其主凌-应 用于新 一代蜂窝移动通信系统和无线局域网以及基于正交频分复用系统的无线和有线传llr系统。
技术背景早在二十世纪六十年代中期提出的在充分利用有效带宽的情 况下，就利用交叠的子信道来避免高速均tf器的使用，从而来4氐抗^0中11喿声和多径效应，其特点是子载波之间正交。这种系统-故称为正交频分复用系统，简称OFDM系统。由于系统中发送端和接收端的振荡器频率不匹配、热漂移产 生振荡频率的抖动、以及Doppler频移，最终导致了频率偏移。频 偏导致接收的中频信号和基带信号与对应的发送信号之间存在相 位差。在OFDM系统中，由于子信道频谱相互覆盖，这对它们之间 的正交性提出了严格的要求。当存在频率偏移时，会破坏OFDM系 统子载波之间的正交性，从而导致子载波间干扰，降低了整个系统 的性能，因此，频偏的处理直4妻影响OFDM的系统性能。目前的频率同步方法乂人算法角度可以归纳为以下两种一、基于本地序列与接收信号的互相关同步方法；以及二、基于接收信号的自相关的同步方法。其中，在第二种方法中包括A、 利用频偏在频域表现为信号的频移和频域导频信号已知而 且比数据信号的功率大的特性，在频域利用接收导频信号和本地导 频序列进行移位圆周互相关的方法，找出相关值最大的移位值，也 就是频偏估计的归一化值，此方法作整lt倍频率偏移4艮准确，但在 估计时，运算量比较大，#文一次FFT ( Fast Fourier Transform )运算， 做N次相关，而且只能估计出整数倍频偏。这对于高效率的OFDM 系统来说很难满足；以及B、 利用在时域表现为信号相移的特性，用接收训练序列或者 保护间隔CP ( Cyclic Prefix )作自相关运算来频偏估计，此方法运 算简单，当在某些特殊训练序列或者CP估计精度也很高，但此方 法的估计范围^艮有限，实际系统中利用CP估计方法，《艮容易受到 子载波间干扰的影响。因此，急需一种正交频分复用系统的频率同步方法，在保证 精度的前提下，能够有效提高频率偏移估计范围，降低运算复杂度。发明内容本发明针对现有才支术的不足，^_出了一种新的正交频分复用系 统中频率同步实现方法，在保证精度的前提下，能够有效提高频率 偏移估计范围，降低运算复杂度，减少系统开销。为实现上述目的，本发明4是供了一种正交频分复用系统的频率 同步方法，其可以包括以下步骤步骤S102，在发射端，在发送信 号中插入第一训练序列，以及对第一训练序列做逆快速傅立叶变换以及相关处理后，作为本地序列存储在寄存器中；步骤S104,在发 射端，在发送信号中插入第二训练序列，并对第二训练序列进行逆 快速傅立叶变换以及相关处理；步骤S106,在4妄收端，对接收数据 进行粗频率同步以得到粗同步后数据；以及步骤S108，对粗同步后 数据进行细频率同步以得到细频率同步后数据。根据本发明，步骤S106可以包括以下步骤在接收端，从接 收数据中取出第 一训练序列，与从寄存器中读取的本地序列进行共 轭相关；将共轭相关后得到的数据分成多段等长数据，将多段等长 数据中的每相邻的两段等长数据进行相关运算，并将每次的相关结 果进行累加，得到相关归一化值，根据归一化值，求出相位偏移值， 以及4艮据相位偏移值产生的时间l殳来计算频率偏移值；以及对所得 到的频率偏移值进行正余弦处理，然后与4妾收〗言号相乘，以对接收 数据进行补偿，并得到粗同步后数据。根据本发明，多段等长数据的个数可以是根据频率同步的范围 i殳置的。用于计算频率偏移值的爿> 式可以为<formula>formula see original document page 7</formula>, 其中W为步贞率偏移值，L为估计时取的延迟长度，N为逆快速傅立叶变换的点数， r(k)为共轭相关后得到的数据，以及D(L)为相关归一化值。另外，步骤S104可以包括以下步骤在接收端，从接收数据 中取出第二训练序列，将第二训练序列等分成两段数据序列，并将 两,殳数据序列进行相关，并根据相关结果估计出小数倍频偏值；以 及对所得到的小数倍频偏值进行正余弦处理，然后与"l妻收信号相 乘，以补偿接收信号，并得到小数倍同步后数据。其中，用于估计小凄t倍频偏值的7>式可以为w , 7 2对vvv，其中A/为小数倍频偏值，r为接收天线上的第q个采样点的训练序列，以及t为训练序列对应的传 输时间。根据本发明，第二训练序列可以是在偶子载波上为训练数据， 在奇子载波上为0，第二训练序列可以与第一训练序列为相同的训 练序列。因此，本发明的正交频分复用系统的频率同步方法不仅兼顾了 频率同步的大范围和高精度，而且计算比较简单，易于实现。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部 分地/人说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发 明的目的和其他优点可通过在所写的i兌明书、4又利要求书、以及附 图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成i兌明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的 限制，其中图1是根据本发明的正交频分复用系统的频率同步方法的流程图；图2是根据本发明实施例的正交频分复用(OFDM)接收机频 率同步模块的流程图；以及图3是根据图2中本发明实施例的正交频分复用(OFDM)接 收机频率同步模块的仿真曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此 处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本 发明。图1是4艮据本发明的正交频分复用系统的频率同步方法的流程 图，如图所示，该正交频分复用系统的频率同步方法包4舌以下步驶《步骤S102,在发射端，在发送信号中插入第一训练序列，以及 对第 一训练序列做逆快速傅立叶变换以及相关处理后，作为本地序 列存储在寄存器中；步骤S104，在发射端，在发送信号中插入第二训练序列，并对 第二训练序列进行逆快速傅立叶变换以及相关处理；步骤S106,在4妄收端，对4妄收数据进行粗频率同步以得到粗同 步后教j居；以及步骤S108,对粗同步后数据进行细频率同步以得到细频率同步 后数据。步骤S106包括以下步骤在接收端，从接收数据中取出第一 训练序列，与从寄存器中读取的本地序列进4于共轭相关；将共轭相 关后得到的数据分成多段等长数据，将多段等长数据中的每相邻的 两段等长数据进行相关运算，并将每次的相关结果进行累加，得到 相关归一化值，根据归一化值，求出相位偏移值，以及根据相位偏 移值产生的时间段来计算频率偏移值；以及对所得到的频率偏移值进行正余弦处理，然后与接收信号相乘，以对接收数据进行补偿， 并得到粗同步后凄t据。其中，多段等长数据的个数是根据频率同步的范围设置的，用W〃,-2 /.一1于计算频率偏移值的/^式为 m。。"。 ，2" ，其中A/为频率偏移值，L为估计时取的延迟长度，N为逆快速傅立叶变换的点数，r(k)为共轭相关后得到的数据，以 及I)(L)为相关归 一化值。步-骤S104包4t以下步艰《在4妄收端，/人4妻收凄t据中取出第二 训练序列，将第二训练序列等分成两段数据序列，并将两段数据序 列进行相关，并根据相关结果估计出小数倍频偏值；以及对所得到 的小数倍频偏值进行正余弦处理，然后与接收信号相乘，以补偿接 收信号，并得到小数倍同步后数据。其中，在该正交频分复用系统的频率同步方法中，用于估计小<formula>formula see original document page 10</formula>数倍频偏值的公式为 ^ ， 2加"，其中A/为小数倍频偏值，r为接收天线上的第q个采样点的训练序列，以及t 为训练序列对应的传输时间。第二训练序列是在偶子载波上为训练数据，在奇子载波上为0。 第二训练序列与第 一训练序列为相同的训练序列。图2是根据本发明实施例的正交频分复用(OFDM)接收机频 率同步模块的流程图，以及图3是根据图2的本发明实施例的正交 频分复用(OFDM) ^接收^L频率同步4莫块的仿真曲线图。下文中结合图2和图3描述本发明的实施例。其中，涉及无线通信，在一个 实施方案中涉及用于正交频分复用(OFDM )通信的频偏估计沖莫块。如图3所示，平台中FFT点数N取1024，粗频偏估计中的L 分段，取等分数据帧8段，频偏取2.5^500Hz。瑞利信道的多径数 为6,子载波个数为100，多普勒频移位100Hz。 乂人中看得出频偏 估计方差((估计值-设定值)/频偏设定值)随着信噪比的增大曲线 下降，而且，当信噪比在5dB时，其精度可达iQ2凄t量级。因此，此 频偏估计在范围和精度上有很好的性能。综上所述，本发明采用粗同步和细同步分离的方法，通过粗同 步作初步补偿后再估文细同步，只需要在时域用 一帧中少量数据进行 简单的相关运算，减少了所有FPGA的容量，提高了模块运算效率， 并且频率同步的范围和精度都得到了很大程度的满足。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对 于本领域的才支术人员来i兌，本发明可以有各种更改和变化。凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种正交频分复用系统的频率同步方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S102，在发射端，在发送信号中插入第一训练序列，以及对所述第一训练序列做逆快速傅立叶变换以及相关处理后，作为本地序列存储在寄存器中；步骤S104，在发射端，在所述发送信号中插入第二训练序列，并对所述第二训练序列进行逆快速傅立叶变换以及相关处理；步骤S106，在接收端，对接收数据进行粗频率同步以得到粗同步后数据；以及步骤S108，对所述粗同步后数据进行细频率同步以得到细频率同步后数据。
2. 根据权利要求1所述的频率同步方法，其特征在于，所述步骤 S106包4舌以下步-骤'在接收端，从所述接收数据中取出所述第一训练序列， 与从所述寄存器中读取的所述本地序列进行共扼相关；将共轭相关后得到的数据分成多段等长数据，将所述多 段等长数据中的每相邻的两段等长数据进行相关运算，并将每 次的相关结果进行累加，得到相关归一化值，根据所述归一化 值，求出相位偏移值，以及根据所述相位偏移值产生的时间段 来计算频率偏移值；以及对所得到的所述频率偏移值进行正余弦处理，然后与所 述接收信号相乘，以对所述接收数据进行补偿，并得到粗同步 后数据。
3. 根据权利要求2所述的频率同步方法，其特征在于，所述多段 等长数据的个数是根据频率同步的范围设置的。
4. 根据权利要求2或3所述频率同步的方法，其特征在于，用于 计算所述频率偏移值的公式为=2乞+ ' r(A + (w +糾，其中A/为频率偏移值，L为估计时取的延迟长度，N为逆快速 傅立叶变换的点数，r(k)为共轭相关后得到的数据，以及D(L) 为所述相关归一化值。
5. 根据权利要求2所述的频率同步方法，其特征在于，所述步骤 S104包括以下步骤在接收端，从所述接收数据中取出所述第二训练序列， 将所述第二训练序列等分成两革殳数据序列，并将所述两段数据 序列进行相关，并才艮据相关结果估计出小数倍频偏值；以及对所得到的所述小数倍频偏值进行正余弦处理，然后与 所述接收信号相乘，以补偿所述接收信号，并得到小数倍同步 后数据。
6. 根据权利要求5所述的频率同步方法，其特征在于，用于估计 所述小数倍频偏值的公式为<formula>formula see original document page 4</formula>, 其中A/为小数倍频偏值，r为接收天线上的第q个采样点的训 练序列，以及t为训练序列对应的传输时间。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的频率同步方法，其特征在 于，所述第二训练序列是在偶子载波上为训练数据，在奇子载 波上为0。
8. 根据权利要求7所述的频率同步方法，其特征在于，所述第二 训练序列与所述第 一训练序列为相同的训练序列。
全文摘要
本发明提供了一种正交频分复用系统的频率同步方法，其包括以下步骤步骤S102，在发射端，在发送信号中插入第一训练序列，以及对第一训练序列做逆快速傅立叶变换以及相关处理后，作为本地序列存储在寄存器中；步骤S104，在发射端，在发送信号中插入第二训练序列，并对第二训练序列进行逆快速傅立叶变换以及相关处理；步骤S106，在接收端，对接收数据进行粗频率同步以得到粗同步后数据；以及步骤S108，对粗同步后数据进行细频率同步以得到细频率同步后数据。因此，通过，在保证精度的前提下，能够有效提高频率偏移估计范围，从而降低运算复杂度，减少系统开销。
文档编号H04L27/26GK101277288SQ20071009061
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月30日 优先权日2007年3月30日
发明者孙云锋, 伟 苟, 韩小江 申请人:中兴通讯股份有限公司