CN101374002B - 一种ofdm系统中同步信号的构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OFDM系统中同步信号的构造方法，其特征在于，包括：编码器将同步序列重复k次得到序列S_f；共轭器件对S_f取共轭得到序列S′_f，或乘法器用S_f乘以固定的权值得到序列S′_f；交替对S_f、S′_f进行逆傅立叶变换及时域上的延迟得到k路并行的时域信号，各路信号在时域上的延迟量D_i各不相同，延迟量D_i为大于或等于0，并且小于或等于(k-1)的整数；将k路数据在时域进行叠加，得到交叉重复的同步信号。本发明的技术方案可以在保证同步性能的基础上，降低同步的复杂度，同时可以避免互相关时出现旁峰现象。

Description

一种OFDM系统中同步信号的构造方法

技术领域

本发明涉及OFDM(正交频分复用)系统，尤其涉及一种OFDM系统中同步信号的构造方法。

背景技术

同步问题是任何移动系统都必须解决的首要问题，是基带信号处理最前端的一个模块。考察同步的性能指标主要包括同步捕获概率，同步花费时间等，同时由于同步信道往往需要传输一些系统参数信息，如小区ID信息，BCH信道接收所必须的信息等，因此同步系统的复杂度也是衡量同步方案好坏的一个性能指标。在当前的不分层同步结构设计中，主要存在两种方式，基于互相关方案设计的方式，该方式是通过在同步时隙内传输完成的同步序列，并在接受方利用互相关运算捕获，该方法虽然可以获得很好的捕获性能，但是当同步序列很多时，接收机需要同时和所有序列匹配，因此复杂度很大。另外一种方案的是基于重复的结构设计，发送方通过构造重复的序列格式，使接受方不必和所有的序列进行匹配。只需要对接受数据进行自相关运算即可捕获。复杂度低，但在OFDM系统中，由于CP的存在，如果采用自相关捕获，会出现平顶现象，影响同步精度。而如果采用互相关方式捕获，则会出现旁峰，影响邻近小区搜索。

发明内容

针对当前同步结构设计存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种OFDM系统中同步信号的构造方法，可以在保证同步性能的基础上，降低同步的复杂度，同时可以避免互相关时出现旁峰现象。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种OFDM系统中同步信号的构造方法，其特征在于，包括：

A、编码器将同步序列重复k次得到序列S_f；

B、共轭器件对S_f取共轭得到序列S′_f，或乘法器用S_f乘以固定的权值得到序列S′_f；

C、交替对S_f、S′_f进行逆傅立叶变换及时域上的延迟得到k路并行的时域信号，各路信号在时域上的延迟量D_i各不相同，延迟量D_i为大于或等于0，并且小于或等于(k-1)的整数；

D、将k路数据在时域进行叠加，得到交叉重复的同步信号。

进一步的，所述步骤C具体包括：

21、逆傅立叶变换器分别对S_f和S′_f进行逆傅立叶变换得到S_t和S′_t；

22、时域延迟器交替对S_t和S′_t进行时域上的循环延迟得到k路并行的时域信号。

进一步的，所述步骤22具体为：

对于第i路数据，如果i为奇数，则对S_t进行循环延迟分集得到该路信号；否则对S′_t进行循环延迟分集得到该路信号；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则对S_t进行循环延迟分集得到该路信号；否则对S′_t进行循环延迟分集得到该路信号。

进一步的，第i路数据的延迟量D_i为(i-1)位或(k-i)位。

进一步的，所述步骤C具体包括：

51、乘法器交替用S_f和S′_f乘以相位因子向量Φ得到k路并行的数据；

52、逆傅立叶变换器分别对所述k路并行的数据进行逆傅立叶变换得到k路并行的时域信号。

进一步的，所述步骤51具体为：

对于第i路数据，如果i为奇数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；

所述相位因子向量的取值为Φ＝exp(-j2π(Di)*(0:N_fft-1)/N_fft)，其中N_fft为傅立叶器件的点数。

进一步的，所述相位因子向量的取值为Φ＝exp(-j2π(i-1)*(0:N_fft-1)/N_fft)或Φ＝exp(-j2π(k-i)*(0:N_fft-1)/N_fft)。

进一步的，所述步骤D的实现方法为以下两种中的一种：

81、将k路信号映射在各天线上进行发射，进行空间合并；

82、交叉处理器件对k路信号进行交叉处理，得到合并后的k路信号。

进一步的，所述步骤81前还包括：加扰器对所述k路信号用同一扰码序列进行加扰。

进一步的，所述步骤82还包括：加扰器对所述合并后的k路信号用同一扰码序列进行加扰，然后映射在各天线上进行发射。

进一步的，所述步骤81或82中，将k路信号映射在各天线上进行发射的方式为以下三种之一：

111、将各路信号分别映射到各天线上发射；

112、将各路信号组成的矩阵的各列进行交错，并映射到各天线上发射；

113、将各路信号合并后进行分集后映射到各天线上发射。

本发明技术方案中，将同步和分集联合考虑，采用一种交叉重复的同步序列结构，使得两个同步序列在时域是交叉成对出现的，因此接收方可以将相邻的两个序列接收信号进行两两相乘，并将结果相加，得到相关结果。与时域序列的重复情况比较，当信道中存在较大频偏或时间选择性衰落比较明显的时候，由于相邻信号的信道特性变换很小，则在抗时间衰落和频偏方面可以获得较大的增益。从接收机复杂度方面考虑，在小区搜索过程中，由于小区ID(标识)的数目很多，且在同步过程中往往需要传输BCH(广播信道)接收所必需的信息，因此同步序列的量很大，如果采用互相关方式进行同步捕获，则接收机复杂度很高。而本方案中的同步捕获复杂度与采用重复结构的复杂度相当。另外，采用了本发明的优化方案后，通过在发送方对时域数据序列进行加扰，克服了自相关方法的平顶问题。

附图说明

图1为本发明的OFMD系统中的同步方法的具体实施流程图；

图2为本发明的OFMD系统中的同步方法里所构造的k路数据在时域上的结构示意图；在本示意图中，k路数据为原序列和共轭序列成对的情况。

图3为本发明的OFMD系统中的同步方法的频域设计流程图；

图4为本发明的OFMD系统中的同步方法的时域设计流程图；

图5为应用实例中(k＝2时)原始同步序列在频域的结构示意图；

图6为应用实例中同步方法的频域设计流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

本发明提供了一种OFMD系统中的同步方法，如图1所示，包括：

第一步、假设同步信道的有用子载波个数为N，编码器将同步序列在频域重复k次得到重复序列S_f，所述同步序列与现有技术中的相同；k的取值为大于或等于2的整数，且k的取值不应过大，避免同步序列的长度太短，通常情况下k的取值不应大于4；所述同步序列的长度为

“

”表示向下取整；将所述重复序列S_f作为新的同步序列。

第二步、共轭器件对所述重复序列S_f取共轭得到序列S′_f；或是乘法器用一个固定的权值乘以所述重复序列S_f得到序列S′_f，所述固定的权值为任意模值等于1的值。

第三步、交替对S_f、S′_f进行逆傅立叶变换及时域上的延迟得到k路并行的时域信号。

该步骤具体为以下两种实现方法中的任一种：

第一种是时域上的实现方法：首先逆傅立叶变换器分别对S_f和S′_f进行逆傅立叶变换得到S_t和S′_t；

时域延迟器交替对S_t和S′_t进行时域上的循环延迟得到k路并行的时域信号；具体做法是：

对于第i路数据，如果i为奇数，则对S_t进行CDD(cyclic delay diversity，循环延迟分集)得到该路信号；否则对S′_t进行CDD得到该路信号；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则对S_t进行CDD得到该路信号；否则对S′_t进行CDD得到该路信号。

可以设置第i路数据的延迟量D_i为(i-1)位，也就相当于将S_t/S′_t循环旋转(i-1)位；该延迟量D_i也可以为(k-i)位。实际应用中，只要各路信号在时域上的延迟量D_i各不相同，延迟量D_i为大于或等于0，并且小于或等于(k-1)的整数。

第二种是频域上的实现方法：首先乘法器交替用S_f和S′_f乘以相位因子向量Φ得到k路并行的数据，具体做法是：

对于第i路数据，如果i为奇数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据。

所述相位因子向量的取值为Φ＝exp(-j2π(Di)*(0:N_fft-1)/N_fft)；比如延迟量为(i-1)位时，相位因子向量的取值就为Φ＝exp(-j2π(i-1)*(0:N_fft-1)/N_fft)，其中N_fft为傅立叶器件的点数。

然后逆傅立叶变换器分别对所述k路并行的数据进行逆傅立叶变换得到k路并行的时域信号。

所述i为大于或等于1，并且小于或等于k的整数。

该方法利用IFFT变换的性质进行设计，通过该步骤可以得到k路相互正交的信号，此时可以进行交叉处理以实现k路信号在时域上的叠加，得到交叉重复结构的同步信号；当S′_f等于S^* _f时，最终各路信号在时域上叠加后的结构如图2中所示的合并后的信号的格式。实际应用中对信号的合并也可以不通过交叉处理实现，而是在发射后，通过空间合并的方式得到。

第四步、加扰器对所述k路时域信号用同一扰码序列进行加扰。

进行本步骤的原因是，在OFDM系统中，如果直接采用第三步得到的k路数据，由于CP(循环前缀)的存在，当接收机采用自相关操作时，会出现平顶现象。而进行本步骤后，只有当接收机滑窗与同步位置完全对齐时，才可正确解扰，因此可以克服原来系统的平顶问题。本步骤为优化方案，实际应用中也可以无此步骤。

第五步、将各路信号映射到各个天线上进行发射；映射的方法包括以下三种方式：

(1)将各路的信号分别映射到不同天线上，此时需要产生的信号路数和发射天线数目相同。

(2)将各路信号组成的矩阵的各列进行交错后映射到不同的天线上，所述交错是指将所述矩阵中的列按任意方式打乱，比如采用循环移位，其目的是使k路数据中的每一路中的信号可以在不同的天线上发送；此时同样需要产生的信号路数和发射天线数目相同。

(3)将各路信号合并——即在时域上进行叠加，得到的合并后的k路信号的格式如图(2)所示；并通过分集的方式实现与发射天线数目的匹配。此时对发射天线数目和产生的信号路数不做要求。

由于子载波映射、插入CP、调制、以及AD/DA变换等模块不是本发明关心的内容，因此不进行论述，需要时可直接参考现有的模块进行调用。

图3、图4分别是第三步在频域和时域进行设计时的同步方法的流程示意图；图中的虚线框部分的内容可以根据需要自行选择是否进行。图3、图4中的交叉处理模块是可选模块，交叉处理的目的是为了使每一路的数据可以在不同天线上均匀的发送。

下面用一个应用实例进一步加以说明。

本应用实例中，设同步信道的带宽内的可用子载波个数为N_U，重复次数为2，即k＝2，则同步序列A长度为N_U/2；编码器将同步序列A重复2次得到重复后的同步序列S_f；该序列S_f在频域的结构如图5所示。

如图6所示，对序列S_f进行下述处理，图中的虚线框部分的内容可以根据需要自行选择是否进行。

第一步、共轭器件对频域的序列S_f取共轭后得到S^* _f。

第二步、首先对于第一路信号，由于此时i＝1，所以相位因子向量就等于1，IFFT器件直接对序列S_f进行IFFT变换即可得到第一路信号；序列S_f经过IFFT变换后得到第一路时域信号：[a₁ 0 a₂ 0……a_n 0]；

对于第二路信号，乘法器用S^* _f与相位因子向量Φ相乘，IFFT器件对乘积进行IFFT变换得到第二路信号；由于此时i＝2，因此相位因子向量Φ＝exp(-j2π*(0:N_fft-1)/N_fft)，其中N_fft为FFT点数。经过IFFT变换后得到第二路时域序列：[0 a^* ₁ 0 a^* ₂ 0……a^* _n]；

交叉处理器件对两路信号交叉处理后得到合并的时域信号为：[a₁ a^* ₁ a₂ a^* ₂……a_n a^* _n]。该交叉处理器件是可选模块，交叉处理的目的是为了使每一路的数据可以在不同天线上均匀的发送。

第三步、加扰器对交叉处理后的两路信号用相同的扰码序列进行加扰，以克服接收机的平顶现象。

第四步、将两路数据进行处理并映射到各个天线上进行发射。

如果发射天线数目为2，则将两路数据直接分别映射到两个天线上，或是将两路数据组成的矩阵的各列进行交错，并在不同的天线上发送；然后通过空间合并的方式得到图2所示格式的交叉重复的同步信号。

如果发射天线的数目大于2，则将两路数据合并后，进行分集处理然后在不同天线上发送；分集方式包括FSTD(频率选择性发射分集)、PVS(极化分集)、TSTD(时间选择性发射分集)等现有的分集方式。

如果为单天线的情况，则可以对两路数据进行叠加，并在单根天线上发送，从而获得上述特性的时域信号。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种OFDM系统中同步信号的构造方法，其特征在于，包括：

A、编码器将同步序列重复k次得到序列S_f；

B、共轭器件对S_f取共轭得到序列S′_f，或乘法器用S_f乘以固定的权值得到序列S′_f；

C、交替对S_f、S′_f进行逆傅立叶变换及时域上的延迟得到k路并行的时域信号，各路信号在时域上的延迟量D_i各不相同，延迟量D_i为大于或等于0，并且小于或等于(k-1)的整数；

D、将k路并行的时域信号在时域进行叠加，得到交叉重复的同步信号。

2.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

(21)、逆傅立叶变换器分别对S_f和S′_f进行逆傅立叶变换得到S_t和S′_t；

(22)、时域延迟器交替对S_t和S′_t进行时域上的循环延迟得到k路并行的时域信号。

3.如权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤22具体为：

对于第i路数据，如果i为奇数，则对S_t进行循环延迟分集得到该路信号；否则对S′_t进行循环延迟分集得到该路信号；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则对S_t进行循环延迟分集得到该路信号；否则对S′_t进行循环延迟分集得到该路信号。

4.如权利要求3所述的构造方法，其特征在于，第i路数据的延迟量D_i为(i-1)位或(k-i)位。

5.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

(51)、乘法器交替用S_f和S′_f乘以相位因子向量Φ得到k路并行的数据；

(52)、逆傅立叶变换器分别对所述k路并行的数据进行逆傅立叶变换得到k路并行的时域信号。

6.如权利要求5所述的构造方法，其特征在于，所述步骤51具体为：

对于第i路数据，如果i为奇数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；或者是

对于第i路数据，如果i为偶数，则乘法器用S_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；否则乘法器用S′_f与相位因子向量Φ相乘得到该路数据；

所述相位因子向量的取值为Φ＝exp(-j2π(Di)*(0：N_fft-1)/N_fft)，其中N_fft为傅立叶器件的点数。

7.如权利要求6所述的构造方法，其特征在于，所述相位因子向量的取值为Φ＝exp(-j2π(i-1)*(0：N_fft-1)/N_fft)或Φ＝exp(-j2π(k-i)*(0：N_fft-1)/N_fft)。

8.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤D的实现方法为以下两种中的一种：

(81)、将k路并行的时域信号映射在各天线上进行发射，进行空间合并；

(82)、交叉处理器件对k路并行的时域信号进行交叉处理，得到合并后的k路信号。

9.如权利要求8所述的构造方法，其特征在于，所述步骤81前还包括：加扰器对所述k路并行的时域信号用同一扰码序列进行加扰。

10.如权利要求8所述的构造方法，其特征在于，所述步骤82还包括：加扰器对所述合并后的k路信号用同一扰码序列进行加扰，然后映射在各天线上进行发射。

11.如权利要求10所述的构造方法，其特征在于，所述步骤81或82中，将k路信号映射在各天线上进行发射的方式为以下三种之一：

(111)、将各路信号分别映射到各天线上发射；

(112)、将各路信号组成的矩阵的各列进行交错，并映射到各天线上发射；

(113)、将各路信号合并后进行分集后映射到各天线上发射。

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