CN101951357A - 一种ofdm-uwb系统中的符号同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种OFDM-UWB系统中的符号同步方法，包括如下步骤：(1)对时域上每个OFDM-UWB符号的整数倍的跳点补偿；(2)时域上符号的频偏补偿，包括从定时跟踪反馈回来得到的频偏；(3)提取每个符号中的导频序列；(4)定时跟踪。本发明公开的OFDM-UWB系统中的符号定时方法，可以根据频偏变化的大小调整每组符号中的符号数和跟踪的符号长度，具有可以准确的给符号进行定时，从而提高接收机的性能。

Description

一种OFDM-UWB系统中的符号同步方法

技术领域

本发明涉及短距离无线通信技术领域，具体涉及OFDM-UWB(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wideband，正交频分复用-超宽带)系统接收机中符号的同步方法。

背景技术

超宽带(Ultra Wideband，UWB)无线通信技术是一种新兴的无线通信技术，该技术占用极宽的频谱从3.1GHz到10.6GHz，宽度高达7.5GHz。超宽带技术通过限制发射功率，保持较低的功率谱密度，从而保证不影响现有通信技术的正常使用。在较短距离内，它具有传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低、成本低、功率谱密度低和频谱共存等特点，因此超宽带技术被视作短距离、高速无线连接最具开发潜力的物理层技术之一。由于超宽带引入了OFDM(正交频分复用)技术，使其拥有了很多OFDM技术的优点，可以有效的对抗多径延迟扩展，频率选择性衰落和良好的抗载波间干扰等特性。

由于OFDM系统对符号同步有严格要求，因此只有做到高精度符号同步才能发挥OFDM-UWB的优势。关于OFDM系统的符号同步方法有很多，大体上可分为两类，一类是非数据辅助型。另一类是数据辅助型，即通过训练序列达到同步的目的。目前OFDM-UWB系统的非数据辅助型的符号同步方法研究的很少，即使存在的算法，复杂度高，运算量大，对硬件要求高，同时关于OFDM-UWB系统的数据辅助型算法也很少。根据ECMA-368标准，目前物理层方案是采用发送训练序列，每个OFDM-UWB符号中插入12个导频点。所以本发明是基于数据辅助型的符号同步方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提出一种在OFDM-UWB系统中基于符号内导频序列的符号同步方法。

技术方案：本发明所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，该定时方法采用了闭环环路的形式，提出每个符号频域中的经过均衡后的导频序列，将每个导频点和本地导频点的做相关，再对每个导频点进行分数倍间隔的定时补偿，累加补偿后的导频值做为一个符号内的频偏估计值；将接收的符号分组，每连续6个符号分为一组，连续累加6个符号的频偏估计值做为每组符号的频偏估计值；存储每组符号的频偏估计值，存储的长度为8，存储的方式是先进先出；将新得到的每组符号的频偏估计值与存储的最后一个值相关，累加连续8个相关值；取累加值的角度计算频偏的相对变化值foe；根据foe算出定时的整数倍间隔int和分数倍间隔fra；将foe和int反馈给时域中的符号以进行补偿，将fra反馈给频域中的符号以对符号中的点进行补偿。

具体包括如下步骤：

(1)对时域上每个OFDM-UWB符号的整数倍的跳点补偿；

(2)时域上符号的频偏补偿，包括从定时跟踪反馈回来得到的频偏估计值；

(3)提取每个符号中的导频序列；

(4)定时跟踪。

步骤(4)具体包括如下步骤：

(41)将符号内每个导频点与本地的导频点进行相关，对每个进行过相关的导频点进行分数倍的定时补偿；

(42)获取累加每个符号内补偿后导频点的值；

(43)获取累加每组符号内符号的频偏估计值，每组符号内的符号数为6。

(44)存储每组符号的频偏估计值，存储的符号组数为8。

(45)获取存储器中刚进来的值与存储器最后一个单元内值的相关值。

(46)获取累加从存储器运算得到的相关值，累加的个数为8；

(47)取累加值的角度计算频偏的相对变化值foe；根据foe算出定时的整数倍间隔int和分数倍间隔fra；将foe和int反馈给时域中的符号以进行补偿，将fra反馈给频域中的符号以对符号中的点进行补偿。

所述频偏估计值为

$\mathrm{Cpe}=\frac{1}{\mathrm{Np}}\left[\underset{n=0}{\overset{n=\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{pilot}\left(n\right)*p*\left(n\right)*\exp (j*2\mathrm{\π}*(10n-55)*\mathrm{fra}/\mathrm{NFFT}))\right]$

pilot(n)是接收到的导频点，p(n)是本地的导频点，Np是到频点数为12，fra为分数倍间隔，NFFT为FFT的长度，其值为128。

所述频偏的相对变化值为：

$\mathrm{foe}=\frac{1}{6*\mathrm{Nsave}*\mathrm{Nsym}}\left(\mathrm{angle}\right[\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Nsave}-1}{\mathrm{\Σ}}}r(n+8)*r*\left(n\right)\left]\right)$

Nsave是跟踪的长度，其值为8，Nsym为时域中每个符号含有的点数，其值为165，r(n)为每组符号的频偏估计值。

所述整数倍间隔值为：

$\mathrm{int}=\mathrm{round}(\frac{1}{2\mathrm{\π}*(5.5+\mathrm{band}\_\mathrm{set})}*\mathrm{foe}*N*\mathrm{Nsym})$

band_set为bandgroup中的第几个带，其值可以为1～14，N为当前符号对应于整个符号所在的位置。

所述分数倍间隔值为：

$\mathrm{fra}=\frac{1}{2\mathrm{\π}*(5.5+\mathrm{band}\_\mathrm{set})}*\mathrm{foe}*N*\mathrm{Nsym}-\mathrm{int}$

band_set为bandgroup中的第几个带，其值可以为1～14，N为当前符号对应于整个符号所在的位置。

这里的整数倍和分数倍间隔是相对于每个符号内相邻载波间间隔而言的。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：本发明公开的OFDM-UWB系统中的符号定时方法，可以根据频偏变化的大小调整每组符号中的符号数和跟踪的符号长度，具有可以准确的给符号进行定时，从而提高接收机的性能。

附图说明

图1为本发明采用的流程图；

图2为定时跟踪的实现图；

图3为图2的流程详图；

图4为Gauss信道下，采用本发明定时的方法，得到的3种速率下的硬判误比特的性能；

图5为多径信道CM1下，采用本发明定时的方法，得到的4种速率下的硬判误比特的性能；

图6为多径信道CM2下，采用本发明定时的方法，得到的4种速率下的硬判误比特的性能；

图7为多径信道CM3下，采用本发明定时的方法，得到的4种速率下的硬判误比特的性能；

图8为多径信道CM4下，采用本发明定时的方法，得到的4种速率下的硬判误比特的性能。

具体实施方式

下面结合附图，对最佳实施例进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示，对于接收到的时域上的OFDM-UWB符号，首先进行频偏的时域补偿，补偿的频偏包含两部分，一部分是由ECMA-368标准发送的30个Preamble符号估出来的初频偏和精频偏之和，另一部分是由定时跟踪反馈回来的频偏估计值，其初始值设为0；时域上的符号经过OLA和FFT后就得到了频域上的符号；对频域上的符号的处理首先是提取符号内的导频点，共有12个导频点；对于定时跟踪得到频偏估计值一方面用来对符号在时域上的补偿，另一方面得到的整数倍间隔用来判定接收的时域上符号跳的点数，而分数倍间隔用来在频域上对符号内的数据点进行补偿。

定时跟踪内的实现结构如图2、3，可以分为3个部分，即每个符号内估计的频偏部分，组内估计出的频偏和组之间估出的定时偏差。其中相关器1实现了符号内的导频点值与本地导频点值的相关；乘法器实现了每个导频点上的定时补偿，从累加器3反馈到乘法器上的数为exp(j*2π*K*fra/NFFT)，K为导频点所在的位置，NFFT为FFT的长度，fra为分数倍间隔；累加器1累加了符号内12个导频点相关值；累加器2是累加了连续6个符号内累加器1输出值；存储器是依次存放了累加器2输出的值，存储的长度为8；相关器2是实现当前累加器2输出的值与存储器存放在第8个单元内值的相关；累加器3是累加了连续8个相关器2输出的值，累加器3每次输出的值就用来为下面6*8个符号进行定时估计和补偿。

图4～8为应用本发明定时的方法仿真得到的硬判BER的性能，系统中采用的BandGroup为1，TFC为5，初始频偏为40ppm，信道有Gauss信道和多径信道(CM1-CM4)，每张图中包含了8中速率。

熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用于限制本发明。

Claims (6)

1.一种OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对时域上每个OFDM-UWB符号的整数倍的跳点补偿；

(2)时域上符号的频偏补偿，包括从定时跟踪反馈回来得到的频偏；

(3)提取每个符号中的导频序列；

(4)定时跟踪。

2.根据权利要求1所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于：步骤(4)具体包括如下步骤：

(41)将符号内每个导频点与本地的导频点进行相关，对每个进行过相关的导频点进行分数倍的定时补偿；

(42)累加每个符号内补偿后导频点的值做为每个符号的频偏估计值；

(43)累加每组符号内符号的频偏估计值做为每组符号的频偏估计值，每组符号内的符号数为6。

(44)存储每组符号的频偏估计值，存储的符号组数为8。

(45)获取存储器中刚进来的值与存储器最后一个单元内值的相关值。

(46)获取累加从存储器运算得到的相关值，累加的个数为8；

(47)取累加值的角度计算频偏的相对变化值foe；根据foe算出定时的整数倍间隔int和分数倍间隔fra；将foe和int反馈给时域中的符号以进行补偿，将fra反馈给频域中的符号以对符号中的点进行补偿。

3.根据权利要求2所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于：所述频偏估计值为

$\mathrm{Cpe}=\frac{1}{\mathrm{Np}}\left[\underset{n=0}{\overset{n=\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{pilot}\left(n\right)*p*\left(n\right)*\exp (j*2\mathrm{\π}*(10n-55)*\mathrm{fra}/\mathrm{NFFT}))\right]$

pilot(n)是接收到的导频点，p(n)是本地的导频点，Np是到频点数为12，fra为分数倍间隔，NFFT为FFT的长度，其值为128。

4.根据权利要求2所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于：所述频偏的相对变化值为：

$\mathrm{foe}=\frac{1}{6*\mathrm{Nsave}*\mathrm{Nsym}}\left(\mathrm{angle}\right[\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Nsave}-1}{\mathrm{\Σ}}}r(n+8)*r*\left(n\right)\left]\right)$

Nsave是跟踪的长度，其值为8，Nsym为时域中每个符号含有的点数，其值为165，r(n)为每组符号的频偏估计值。

5.根据权利要求2所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于：所述整数倍间隔值为：

$\mathrm{int}=\mathrm{round}(\frac{1}{2\mathrm{\π}*(5.5+\mathrm{band}\_\mathrm{set})}*\mathrm{foe}*N*\mathrm{Nsym})$

band_set为bandgroup中的第几个带，其值可以为1～14，N为当前符号对应于整个符号所在的位置。

6.根据权利要求2所述的OFDM-UWB系统中的符号同步方法，其特征在于：所述分数倍间隔值为：

$\mathrm{fra}=\frac{1}{2\mathrm{\π}*(5.5+\mathrm{band}\_\mathrm{set})}*\mathrm{foe}*N*\mathrm{Nsym}-\mathrm{int}$

band_set为bandgroup中的第几个带，其值可以为1～14，N为当前符号对应于整个符号所在的位置。

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