CN101656701B - 确定ofdm码元起始位置的方法及装置 - Google Patents

Abstract

确定OFDM码元起始位置的方法，属于无线广播通信时确定正交频分复用码元起始位置的技术领域。其特征在于用线性加权方法计算OFDM码元循环前缀中的数据点和对应的被复制的数据点之间的相关值序列，进而在相关值序列中的有效数据长度N和窗口长度L拼成的每个区间中决定局部相关峰及其位置。最后，根据相邻的局部相关峰之间的距离与N+L之差连续小于某个阈值的次数来确定OFDM码元的起始位置。本发明具有可靠性高、码元定时误差小、以及能够抵消部分码元之间串扰对相关值计算的影响等优点。

Description

确定OFDM码元起始位置的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线广播通信领域，特别地，涉及无线广播通信领域中的确定正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)码元起始位置的方法及装置。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)作为一种先进的通信技术，是现在研究的热点，它不仅能够有效的抵抗信道频率选择性衰落，还能够极大的提高频谱利用率和数据率，是实现高传输带宽的理想选择方案之一。经串并转换，OFDM将串行数据转换为并行数据，然后将并行数据调制到正交子载波上，这些调制了数据的正交子载波通过反傅立叶变换被转化到时域得到OFDM码元有用数据部分。假设OFDM码元有用数据部分长度为N，将OFDM有用数据部分后L个点复制后添加到OFDM码元有用数据部分之前，将得到完整的OFDM码元，此时，复制添加到OFDM码元开端的L个数据被称为循环前缀。

当接收方需要进行OFDM解调时，首先必须确定OFDM码元的起始位置，接着，去除循环前缀，将OFDM码元有用数据部分通过傅立叶变换转化到频域，重现正交子载波。在现有技术中，确定OFDM码元起始位置的方法通常是按照如下步骤进行的：首先，基于L长的循环前缀与有用数据部分后L个点的复制相关特性，按照如表达式(1)所示的最大似然相关运算求解相关值，求解时需要确定两个长为L、间隔为N的窗口，将窗口中的数据求解相关，随着窗口的逐步移动，将得到相关值序列；然后，选择其中的某一个局部相关峰所处的位置作为OFDM码元的起始位置。

$\mathrm{\λ}\left(\mathrm{\θ}\right)=\left|\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+l-1}{\mathrm{\Σ}}}r\left(n\right)r^{*}(n+N)\right|-\frac{1}{2}\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}[{\left|r\left(n\right)\right|}^2+{\left|r(n+N)\right|}^2]---\left(1\right)$

其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，r(n)为接收到的基带复数信号的第n个采样点，r^*(n)代表对r(n)求解共轭，θ为开窗时的起点位置。

由于在现有技术中，仅仅通过一个相关峰来确定OFDM码元的起始位置，当信道条件恶劣时，在信道噪声、多径延时、多普勒频移的影响下，循环前缀和有用数据部分后L个点的相关性减弱，导致本应该出现局部相关峰的位置没有出现相关峰，局部相关峰确出现在了其他偏差较大的位置上，造成OFDM码元定时的较大误差。同时，现有技术是通过最大似然相关运算求解相关值的，忽略了由于前后码元串扰造成的循环前缀和有用数据部分后L个点相关程度不同的事实而给予相关各项相等的权重，无法抵消码元间串扰对相关计算的影响。

发明内容

本发明为了克服仅仅通过一个相关峰来确定OFDM码元起始位置时产生的较大误差，提供了一种确定OFDM码元起始位置的方法，所述该方法包括：相关步骤，以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，将窗口中的数据进行相关运算，随着θ位置递增1的移动，依次计算每次递增时得到的相关值，从而得到相关值序列；选择步骤，以N+L的长度为间隔，在所述的相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置；确定步骤，当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置。其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，M和C分别为保证算法的可靠性而设定的次数和常数，例如可取M＝3，C＝8。

所述方法是在OFDM系统的一个数字集成芯片中按照以下步骤实现的：

步骤(1)，数字系统初始化，设定相关模块、选择模块和确定模块，其中：

相关模块计算OFDM码元中循环前缀中的数据点和与之对应的被复制数据点之间的相关值序列。

选择模块在所表述相关值序列的每个N+L长区间里选择局部相关峰，并记录其位置。

确定模块根据相邻的所述局部相关峰之间的距离与所述N+L之差的绝对值确定所述OFDM码元的起始位置。

其中L为窗口长度，也等于循环前缀长度，N为有用码元部分长度。

步骤(2)依次按照以下步骤确定OFDM码元起始位置：

步骤(2.1)以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，对窗口中的数据按照步骤(2.2)进行相关运算。

步骤(2.2)所述相关模块对所述窗口中的数据按照以下线性加权方式进行相关运算：将θ位置沿着码元的时间轴方向递增，随着θ位置每次递增1，依次计算每次递增时得到的相关值用Cor(θ)表示：

$\mathrm{Cor}\left(\mathrm{\θ}\right)=|\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}W(n-\mathrm{\θ})\·[r\left(n\right)r^{*}(n+N)\left]\right|$

W(n)为线性加权系数，表示为：

$W\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{2}^{-6}n+(1-2^{-7L}),& 0\&le;n<\frac{L}{2},n\&Element;Z\\ 1,& \frac{L}{2}\&le;n<L,n\&Element;Z\end{array}\right.$

其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，r(n)为接收到的基带复数信号的第n个采样点，r^*(n)代表对r(n)求解共轭，θ为开窗时的起点位置，n∈Z表示n是整数。

步骤(2.3)以N+L的长度为间隔，在所述相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置。

步骤(2.4)所述确定模块的判断：当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置。如果没有连续M次小于设定常数，则重新进行小于M次的次数计数。次数M和常数C大小的选择与期望得到的码元定时可靠性有关。次数M越大、常数C越小，则确定的OFDM码元起始位置越准确，但花费的时间和码元个数也越多。C和M可以根据系统的实际需要确定，取M＝3，C＝8。

通过本发明提供的确定OFDM码元起始位置的方法及装置，能够可靠的确定OFDM码元的起始位置，将时域中的码元定时误差减小，同时由于采用了线性加权的相关运算，能够抵消部分码元间串扰对相关计算的影响，使得相关计算更加准确，伪峰值出现的可能性降低。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的确定OFDM码元起始位置的方法的流程图。

图2是根据本发明第二实施例的确定OFDM码元起始位置的装置的结构框图。

具体实施方式

为了解决现有技术采用的相关算法由于给予相关各项相等的权重而无法抵消码元间串扰影响相关计算的问题，所述方法的相关步骤可以采用线性加权的相关运算来求解相关值。

本发明还提供了一种确定OFDM码元起始位置的装置，所述装置包括：相关模块，用来计算相关值序列，以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，将窗口中的数据进行相关运算，随着θ位置递增1的移动，依次计算每次递增时得到的相关值，从而得到相关值序列；选择模块，以N+L的长度为间隔，在所述的相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置；确定模块，当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置。其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，M和C分别为保证算法的可靠性而设定的次数和常数，例如可取M＝3，C＝8。

为了解决现有技术采用的相关计算由于给予相关各项相等的权重而无法抵消码元间串扰影响相关计算的问题，所述装置的相关模块可以采用线性加权的相关运算来求解相关值。

图1是根据本发明第一实施例的确定OFDM码元起始位置的方法100的流程图。

在相关步骤S101中，以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，将窗口中的数据进行相关运算，该相关运算可以是如表达式(1)的最大似然相关运算，也可以是如表达式(2)的线性加权相关运算，或者其他类似形式。其中，表达式(3)是线性加权系数对应的加权函数。将θ位置沿着码元的时间轴方向递增，随着θ位置每次递增1，依次计算每次递增时得到的相关值，从而得到相关值序列。

$\mathrm{Cor}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=|\underset{n=\mathrm{\&theta;}}{\overset{\mathrm{\&theta;}+L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}W(n-\mathrm{\&theta;})\&CenterDot;[r\left(n\right)r^{*}(n+N)\left]\right|---\left(2\right)$

$W\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{2}^{-6}n+(1-2^{-7L}),& 0\&le;n<\frac{L}{2},n\&Element;Z\\ 1,& \frac{L}{2}\&le;n<L,n\&Element;Z\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，r(n)为接收到的基带复数信号的第n个采样点，r^*(n)代表对r(n)求解共轭，θ为开窗时的起点位置，n∈Z表示n是整数。随着θ沿着时间轴逐渐右移，即θ逐渐加1，在每次的加1过程中将得到一个相关值，因此在θ的整个移动过程中将得到相关值序列。

之所以采用如表达式(3)所示的线性加权函数W(n)进行相关运算，是因为考虑到多径延时的影响将使得循环前缀和有用数据部分后L个点的相关性沿着从循环前缀中的第L个点到第一个点的方向依次减弱。加权系数W(n)的大小，与码元间串扰(ISI)的干扰能量分布有关，体现了循环前缀中的数据点和与之对应的被复制数据点之间的相关性强弱。由于循环前缀中越靠前的点受到前一个码元带来的ISI影响越大即ISI干扰能量越大，因此和被复制数据点之间的相关性越弱，对应的加权系数越小。本发明采用的加权函数简化了指数型的加权函数，对其做了线性化处理。循环前缀前半部分对应一个分布在0到1范围内的线性递增函数，以2的指数次方为斜率是为了方便计算、减少硬件开销；循环前缀后半部分对应的加权系数为1，这不仅是由于循环前缀越靠后的点受到的ISI影响越小，同时也是由于ISI干扰能量主要集中在循环前缀的前半部分，而在循环前缀后半部分的能量很小以至于可以忽略不予考虑在内。

在选择步骤S102中，以N+L的长度为间隔，在所述相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置。

在确定步骤S103中，当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置。如果没有连续M次小于设定常数，则重新进行小于M次的次数计数。次数M和常数C大小的选择与期望得到的码元定时可靠性有关。次数M越大、常数C越小，则确定的OFDM码元起始位置越准确，但花费的时间和码元个数也越多。

图2是根据本发明第二实施例的确定OFDM码元起始位置的装置200的结构框图。

在相关模块201中，以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，将窗口中的数据进行相关运算，该相关运算可以是如表达式(1)的最大似然相关运算，也可以是如表达式(2)的线性加权相关运算，或者其他类似形式。其中，表达式(3)是线性加权系数对应的加权函数。将θ位置沿着码元的时间轴方向递增，随着θ位置每次递增1，依次计算每次递增时得到的相关值，从而得到相关值序列。

在选择模块202中，以N+L的长度为间隔，在所述相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置。

在确定模块203中，当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置。如果没有连续M次小于设定常数，则重新进行小于M次的次数计数。次数M和常数C大小的选择与期望得到的码元定时可靠性有关。次数M越大、常数C越小，则确定的OFDM码元起始位置越准确，但花费的时间和码元个数也越多，实际应用中可取M＝3，C＝8。

Claims (1)

1.一种确定OFDM码元起始位置的方法，其特征在于，所述方法是在OFDM系统的一个数字集成芯片中按照以下步骤实现的：

步骤(1)，数字系统初始化，设定相关模块、选择模块和确定模块，其中：

相关模块计算OFDM码元中循环前缀中的数据点和与之对应的被复制数据点之间的相关值序列，

选择模块在所表述相关值序列的每个N+L长区间里选择局部相关峰，并记录其位置，

确定模块根据相邻的所述局部相关峰之间的距离与所述N+L之差的绝对值确定所述OFDM码元的起始位置，

其中L为窗口长度，也等于循环前缀长度，N为有用码元部分长度；

步骤(2)依次按照以下步骤确定OFDM码元起始位置：

步骤(2.1)以θ位置为起点开启两个长为L、间隔为N的窗口，对窗口中的数据按照步骤(2.2)进行相关运算，

步骤(2.2)所述相关模块对所述窗口中的数据按照以下线性加权方式进行相关运算：将θ位置沿着码元的时间轴方向递增，随着θ位置每次递增1，依次计算每次递增时得到的相关值用Cor(θ)表示：

$\mathrm{Cor}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=|\underset{n=\mathrm{\&theta;}}{\overset{\mathrm{\&theta;}+L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}W(n-\mathrm{\&theta;})\&CenterDot;[r\left(n\right)r^{*}(n+N)\left]\right|$

W(n)为线性加权系数，表示为：

$W\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{2}^{-6}n+(1-2^{-7L}),& 0\&le;n<\frac{L}{2},n\&Element;Z\\ 1,& \frac{L}{2}\&le;n<L,n\&Element;Z\end{array}\right.$

其中，L为循环前缀的长度，N为OFDM码元有用数据部分的长度，r(n)为接收到的基带复数信号的第n个采样点，r^*(n)代表对r(n)求解共轭，θ为开窗时的起点位置，n∈Z表示n是整数；

步骤(2.3)以N+L的长度为间隔，在所述相关值序列的每个N+L长区间中选择局部相关峰，并记录其位置；

步骤(2.4)所述确定模块的判断：当相邻局部相关峰之间的距离与N+L之差的绝对值连续M次小于预先设定的常数C时，当前最后一个局部相关峰所处位置作为OFDM码元的起始位置，如果没有连续M次小于设定常数，则重新进行小于M次的次数计数，次数M和常数C大小的选择与期望得到的码元定时可靠性有关，次数M越大、常数C越小，则确定的OFDM码元起始位置越准确，但花费的时间和码元个数也越多，C和M根据系统的实际需要确定，取M＝3，C＝8。

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