专利名称：：利用叠加训练序列进行ofdm时间同步方法
技术领域：
：本发明涉及OFDM
技术领域：
，特别是涉及一种利用叠加训练序列进行时间同步方法。
背景技术：
：OFDM是一种特殊的多载波调制技术，它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率，而且可以抗窄带干扰和多径衰落。OFDM通过多个正交的子载波将串行的数据并行传输，可以增大码元的宽度，减少单个码元占用的频带，抵抗多径引起的频率选择性衰落；可以有效克服码间串扰，降低系统对均衡技术的要求，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；而且信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。但是，实现OFDM系统存在技术上的难点，其中很重要的一条是系统对同步的要求很高，因为它对定时误差要比单载波技术敏感得多。如果符号定时偏差过大，使定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和小于循环前缀的长度，会产生符号间干扰，破坏OFDM符号的完整性，降低系统的性能。可以说，准确的符号定时偏差的估计是实现OFDM系统的关键。图1是一个通用OFDM基带系统的框图。图1中的发送端串并变换、信源编码、映射、OFDM基带调制和叠加训练序等列模块，代表OFDM基带调制的过程；图1中接收端的串并变换、同步、OFDM基带解调、信道估计及信道补偿、逆映射及并串变换等模块，代表OFDM基带解调过程；图1中信道为多径信道；图1中的同步模块即是实现OFDM时间同步的部分。常见的OFDM时间同步方案有两种(1)将训练序列作为导频的OFDM同步。该方法将训练序列作为数据信息单独占用一个数据发送单元，接收端通过对导频的相关运算获得相关峰值来实现时间同步的目的。利用导频的方法能够保证获得较好的同步性能，但由于导频占用了发射资源，降低了系统的传输效率。(2)将训练序列叠加在数据上的OFDM同步。此类方法通过将训练序列乘以一个功率分配因子(降低了能量)后再与OFDM符号叠加一齐进行传输，减少了导频所需要的发射资源，提高了传输效率，但是该方法存在训练序列与传输数据互相干扰的问题。参见文献:TufvessonF.，FaulknerΜ.，HoeherP.，Edfors0..OFDMtimeandfrequencysynchronizationbyspreadspectrumpilottechnique[J].Commun.TheoryMini-Conference.Jun,1999.vol.5:115_119。随后又有人提出将训练序列叠加在循环前缀上的方法，降低了训练序列与传输数据的干扰。参见文献唐友喜，严春林.一种OFDM时间、频率同步方法[P].专利申请号02133996.公开日2006年6月14日，公开号CN1259780C。但该系列方法由于降低了训练序列的能量，抗多径干扰方面的性能有所下降。
发明内容本发明目针对现有技术的不足，提供一种训练序列结构及其相应的同步算法。本发明所述的OFDM同步训练序列采用叠加在传输数据循环前缀上的方法，不增加额外的传输开销，结合训练序列的结构，将时间同步分为粗同步和细同步。按照本发明所述的同步方法基于所述训练序列结构，包括以下步骤A.在发端形成符合要求的训练序列，即训练序列长度等于循环前缀的长度。将编码序列进行取负和取共轭等变换后形成训练序列m(k)。B.将训练序列m(k)叠加在基带OFDM信号的循环前缀上，并送入信道。C.接收端将接收的信号进行移位相关运算，寻找相关峰值的位置。其中，接收信号在相关窗口内首先要进行移位变换，变换后再与已知的训练序列m(k)进行相关运算。所述的步骤A包括将编码序列a进行取负、取共轭、取负共轭等运算后，按照图2所示的结构，形成训练序列。其中，编码序列a的选取具有一般性，通常选取相关性能优异的序列。所述的步骤B包括将训练序列m[k]乘以‘，P为功率分配因子，定义功率分配因子等于叠加训练序列的能量与总能量(即训练序列的能量与信号序列的能量之和)之比，再将叠加位置的循环前缀乘以VT^后，将二者相加完成叠加训练序列的过程。所述的步骤C包括将接收信号在相关窗口内按照公式(1)和公式(2)进行如图4所示的结构变换。rl(n)=-lXr*(n)(1)其中，r(n)为接收的时域数据，rl(η)为r(n)的负共轭，G为循环前缀的长度，*为共轭运算。数据经过变形处理后与已知的训练序列m(k)按照3式进行相关运算。其中m(k)为已知的训练序列，G为循环前缀的长度，a(η)为经过式1和式2变形后的数据，b(η)为滑动相关窗口的相关结果，*为共轭运算。从相关结果中找到相关最大值，确定最大值对应在接收数据中的位置即完成符号定时同步。本发明的优点在于在时域将训练序列只叠加在一个传输数据的循环前缀上，通过设计训练序列的结构，在不改变编码方式的基础上引入新的相关性，并结合新的相关算法，增强了符号定时同步的抗干扰能力，提高了同步的正确率。本发明的上述其他目的及其特征进一步适用的范围，可在下列的详细说明中清楚得知。但是，这些详细的说明和所提到的实施例仅供说明作用，并非构成对本发明的限制，本领域中的技术人员应该可以理解其它变化形式。图1是根据本发明的叠加训练序列的OFDM系统结构示意图。图中，1为串并转换模块，2为信源编码模块，3为映射模块，4为OFDM基带信号产生模块，5为训练序列叠加模块，6为并串转换模块，7为信道模块，8为串并转换模块，9为同步模块，10为OFDM基带信号解调模块，11为信道估计及信道补偿模块，12为逆映射模块，13为解码模块，14为并串转换模块。图2是根据本发明的训练序列结构示意图。图中，15为编码序列，通常选择具有良好相关性的编码，16为15取共轭后的序列，17为16取负值后的序列，18为15取负值后的序列。由15、16、17和18四部分共同构成训练序列m(k)。图3是根据本发明的叠加训练序列的发送信号结构示意图。图中，19为乘以‘的训练序列，20为叠加训练序列处乘以的循环前缀，21为原始数据。图4是本发明提出的收端数据在相关窗口内的结构变化示意图。图5是本发明提出的训练序列及其同步算法在多径信道下同步信号示意图。图6是系统采用本发明提的方法与采用传统方法在多径信道下的同步正确率曲线比较图。其中，传统方法是指训练序列只是由编码序列重复复制组成，没有经过共轭、取负值等运算处理，收端同步算法是直接将接收数据与训练序列进行相关移位运算，相关的计算表达式与公式(3)相似，只是将a(n)换成接收信号r(n)。图7是系统在相同仿真环境下，没有叠加训练序列时和叠加训练序列时的误码率比较图。其中叠加训练序列分为叠加本专利提出的训练序列和叠加传统结构的训练序列。传统结构是指训练序列是由编码序列重复放置，没有经过取反等运算处理。具体实施例方式下面将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。步骤1设OFDM系统中子载波数为N=512，循环前缀长度为128。原始串行数据经过模块1形成并行的数据，每组数据经过模块2的RS编码后，进行QPSK调制即映射；数据在OFDM基带调制模块中进行IFFT运算并分别生成数据对应的循环前缀；选择周期为Npn=31的m序列，在最后一位补0后构成长度为32的编码序列，发端将编码序列取共轭、取反等运算后，形成如图2所示结构的训练序列，记为m[K]ke；将训练序列乘以V^，P=0.3，表示循环前缀中训练序列的能量占总能量的30%。在叠加训练序列模块中将训练序列叠加在第一组数据的循环前缀上，被叠加的循环前缀乘以^^；数据经过并串变换后送入信道。在传统方法中叠加训练序列仍选择长度为31的m序列，在最后一位补0后构成长度为32的编码序列，将没有经过取反等运算处理的编码序列重复放置形成训练序列。步骤2数据在信道中受到多径效应和高斯噪声的干扰。其中，多径数为20，最大多普勒频移为200Hz。步骤3收端将接收数据进行串并变换后，将数据送入同步模块。同步模块将相关窗口内的接收数据根据公式(1)和公式(2)进行数据变换后，再按照公式(3)进行相关运算。其中，相关滑动窗口的长度等于训练序列的长度，在本例中为128。发明性能分析根据上述实施步骤，可以得到图6所示的同步性能。通过比较可以发现，基于编码序列重复放置结构的训练序列的同步方法与基于本发明提出的训练序列结构的同步方法，在相同信噪比条件下，本发明提出的改进结构及同步算法的同步正确率明显高于传统算法。随着信噪比的增加，本发明提出的改进结构及同步算法的同步正确率曲线的上升速度也高于传统方法。由图7可以看出，本专利提出的改进结构及同步算法对系统误码率的影响与传统方法相比相差很小，本专利提出的改进结构及同步算法对系统误码率的影响略优于传统方法。以上所披露的仅为本发明的优选实施例，当然不能以此来限定本发明的权利保护范围。可以理解，根据本发明所附权利要求书中限定的实质和范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。权利要求利用叠加训练序列进行OFDM时间同步方法，该方法包括如下步骤步骤1确定发送数据的帧结构，确定循环前缀的长度、训练序列的长度，通常训练序列的长度等于循环前缀的长度；步骤2选择长度为训练序列长度四分之一的编码序列a(k)，编码类型一般选择自相关性能优异的、长度小于等于训练序列长度四分之一的码型，如果所选择的码长比训练序列长度四分之一小，则以0补足；步骤3将步骤2中的编码序列a(k)进行共轭、取负值等运算，形成[a(k)a*(k)-a*(k)-a(k)]结构的训练序列m(k)，其中，*为取共轭；步骤4将步骤3中得到的训练序列m(k)叠加在一个发送数据的循环前缀上；步骤5时间同步将经过信道的数据进行相关运算，其中，在相关窗口内接收数据首先按照公式(1)和公式(2)进行结构变换，变换后的数据再与已知的训练序列按照公式(3)进行相关运算。对相关结果进行比较，找到最大相关值的位置，即同步位置；r1(n)＝-1×r*(n)(1)<mrow><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>r</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mn>0</mn><mo><</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>r</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>G</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo><</mo><mi>n</mi><mo>≤</mo><mi>G</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>b</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>G</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>m</mi><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，r(n)为接收的时域数据，r1(n)为r(n)的负共轭，G为循环前缀的长度，*为共轭运算，m(k)为已知的训练序列，a(n)为经过式1和式2变形后的数据，b(n)为滑动相关窗口的相关结果。全文摘要本发明目提供一种利用叠加训练序列进行OFDM时间同步方法，通过设计训练序列结构及其相应的同步算法增强了时间同步的相关性能。本发明所述的OFDM同步训练序列采用叠加在传输数据循环前缀上的方法，不增加额外的传输开销，由于训练序列中插入了0，进一步降低了训练序列与传输数据之间的干扰。文档编号H04L27/26GK101883070SQ20091014143公开日2010年11月10日申请日期2009年5月9日优先权日2009年5月9日发明者伍晓琼,刘盈,罗仁泽,高頔,黄家盛申请人:电子科技大学中山学院