CN102082757A - 一种多径信道下ofdm系统定时同步的改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法。所述改进方法包括：计算通信系统接收端信号的前导序列和发送端发送到接收端信号的互相关值；依次搜索接收端信号的互相关值并确定最前面两个前导序列；在找到前面两个前导序列的基础上，开窗寻找后续前导序列，并将窗内所有大于定时同步阈值的互相关值重新计算，得到新的互相关值；根据新的互相关值确定定时同步的开窗位置。本发明可以有效地解决由于多径信道导致的互相关峰值判断错误而引入的系统性能下降问题。

Description

一种多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法

技术领域

本发明涉及一种同步技术领域，尤其涉及一种OFDM系统在多径信道下定时同步的改进方法，属于数据传输技术领域。

背景技术

同步技术是任何一个通信系统都需要解决的实际问题，其性能直接关系到整个通信系统的性能。没有准确的同步，就不可能进行可靠的数据传输。具体说来，同步又可以分为定时同步、采样同步和载波同步。其中，定时同步的目的在于确定每个符号的起止时刻，进而实现快速同步；采样同步则是为了消除由于发送端和接收端采样带来的偏差；载波同步是为了确保相干解调时接收端采用的载波与发送端调制的载波同频同相。

在定时同步中，为了能够在接收端准确地找到发送端所发送的信号的开始部分，很多通信系统都会在信号前面添加一串前导序列用来检测信号的到来。该前导序列对于接收端来说是已知的，因此，定时同步最常用的方法就是利用已知的前导序列和接收到的信号序列做本地相关。当发送的前导序列来临时，在接收端的本地相关就会有明显的峰值出现，接收端通过提前设定比较合理的定时同步阈值来找到并进一步确定前导序列的位置。

多径信道是通信系统经常面临的一种传输环境。在多径环境下，信号通过多条路径到达接收端。因此，接收端接收到的信号是不同衰减程度、不同延时的发射信号的叠加。如果第一条到达的多径能量(主径)不是远远大于其后的多径能量(次径)的话，必然会由于能量分布的原因产生拖后于第一条通信路径到达的峰值检测点。传统的定时同步算法在多径信道下将会出现由于多径带来的互相关值的误判，进而造成定时同步误差，导致系统性能下降。

发明内容

本发明针对多径环境给OFDM系统定时同步带来干扰，进而降低系统性能的问题，提供一种多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法包括：

步骤101：计算通信系统接收端信号的前导序列和发送端发送到接收端信号的互相关值corr；

步骤102：依次搜索接收端信号的互相关值corr并确定最前面两个前导序列；

步骤103：在找到前面两个前导序列位置的基础上，开窗寻找后续前导序列，并将窗内所有大于定时同步阈值的互相关值重新计算，得到新的互相关值corr_new；

步骤104：根据新的互相关值corr_new确定定时同步的开窗位置。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤101中前导序列和接收端信号的互相关值是指计算接收端已知的前导序列和接收端接收到的信号做本地相关的结果，所述接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。

进一步，所述步骤102中确定前面两个前导序列是指根据步骤101接收端信号的互相关值，按照定时同步阈值进行判断，找出两个相隔前导序列长度的峰值。

进一步，所述步骤103中重新计算信号的互相关值是指在开窗范围内，对所有大于定时同步阈值的互相关值进行重新计算，得到新的互相关值，其计算方法为

$\mathrm{corr}\_\mathrm{new}\left(i\right)=\frac{1}{3}\underset{k=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}(i+k)$

其中，corr为步骤101中所计算得到的互相关值，corr_new为重新计算得到的新的互相关值，i为大于定时同步阈值的互相关值的个数。

进一步，所述步骤104中确定定时同步的开窗位置是指在开窗范围内，依次比较步骤103中重新计算信号的互相关值，并将其最大值所在位置作为定时同步的开窗位置。

本发明的有益效果是：

1、本发明多径信道下的定时同步改进方法可以减小多径对OFDM系统定时同步带来的干扰，通过加强主径的优势，抑制次径的干扰，提高系统定时同步的准确性，进而提高系统性能。

2、本发明定时同步改进方法具有低复杂度的特点，有利于硬件实现。

本发明多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法能够在多径信道下对于提高系统的抗多径干扰具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法实现的流程图；

图2为本发明实施例OFDM系统的物理层帧的结构示意图；

图3为传统定时同步算法在开窗范围内选取互相关峰值的示意图；

图4为本发明实施例定时同步的改进算法在开窗范围内选取互相关峰值的示意图；

图5是本发明实施例定时同步的改进算法在电力线载波通信系统中的性能仿真。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明实施例多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法实现的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101：计算通信系统接收端信号的前导序列和发送端发送到接收端信号的互相关值corr；

所述步骤101中前导序列和接收端信号的互相关值是指计算接收端已知的前导序列和接收端接收到的信号做本地相关的结果，所述接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。

$\mathrm{corr}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n+k}\mathrm{conj}\left(\mathrm{preamble}\left(k\right)\right)$

其中，r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，preamble为前导序列，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度。

步骤102：依次搜索接收端信号的互相关值corr并确定最前面两个前导序列位置；

所述步骤102中确定前面两个前导序列是指根据步骤101接收端信号的互相关值，按照定时同步阈值进行判断，找出两个相隔前导序列长度的峰值。

步骤103：在找到前面两个前导序列位置的基础上，开窗寻找后续前导序列，并将窗内所有大于定时同步阈值的互相关值重新计算，得到新的互相关值corr_new；

所述步骤103中重新计算信号的互相关值是指在开窗范围内，对所有大于定时同步阈值的互相关值进行重新计算，得到新的互相关值，其计算方法为

$\mathrm{corr}\_\mathrm{new}\left(i\right)=\frac{1}{3}\underset{k=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{corr}(i+k)$

其中，corr为步骤101中所计算得到的互相关值，corr_new为重新计算得到的新的互相关值，i为大于定时同步阈值的互相关值的个数。

步骤104：根据新的互相关值corr_new确定定时同步的开窗位置；

所述步骤104中确定定时同步的开窗位置是指在开窗范围内，依次比较步骤103中重新计算信号的互相关值，并将其最大值所在位置作为定时同步的开窗位置。

图2为本发明实施例OFDM系统的物理层帧的结构示意图，如图2所示，前面为两个相同的前导序列，随后是传送控制信息的Header和传输发送的信息的Payload，每个Payload前面的前导序列用来确定FFT的开窗位置。

图3为传统定时同步算法在开窗范围内选取互相关峰值的示意图，如图3所示，从图3可以看出，传统算法在多径信道下将把次径误以为是主径。图4为本发明实施例定时同步的改进算法在开窗范围内选取互相关峰值的示意图，从图4可以看出，改进算法明显加强了主径的优势，保证了在多径信道下仍然能够准确地找到主径。

图5是本发明实施例定时同步的改进算法在电力线载波通信系统中的性能仿真，如图5所示，从图5可以看出，有圆圈的折线所代表的改进算法可以明显降低传统定时同步算法的误帧率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (5)

1.一种多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法，其特征在于，所述改进方法包括：

步骤101：计算通信系统接收端信号的前导序列和发送端发送到接收端信号的互相关值corr；

步骤102：依次搜索接收端信号的互相关值corr并确定最前面两个前导序列位置；

步骤103：在找到前面两个前导序列位置的基础上，开窗寻找后续前导序列，并将窗内所有大于定时同步阈值的互相关值重新计算，得到新的互相关值corr_new；

步骤104：根据新的互相关值corr_new确定定时同步的开窗位置。

2.根据权利要求1所述的多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法，其特征在于，所述步骤101中前导序列和接收端信号的互相关值是指计算接收端已知的前导序列和接收端接收到的信号做本地相关的结果，所述接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。

3.根据权利要求1所述的多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法，其特征在于，所述步骤102中确定前面两个前导序列是指根据步骤101接收端信号的互相关值，按照定时同步阈值进行判断，找出两个相隔前导序列长度的峰值。

4.根据权利要求1所述的多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法，其特征在于，所述步骤103中重新计算信号的互相关值是指在开窗范围内，对所有大于定时同步阈值的互相关值进行重新计算，得到新的互相关值，其计算方法为

   

其中，corr为步骤101中所计算得到的互相关值，corr_new为重新计算得到的新的互相关值，i为大于定时同步阈值的互相关值的个数。

5.根据权利要求1所述的多径信道下OFDM系统定时同步的改进方法，其特征在于，所述步骤104中确定定时同步的开窗位置是指在开窗范围内，依次比较步骤103中重新计算信号的互相关值，并将其最大值所在位置作为定时同步的开窗位置。

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