CN102123124A

CN102123124A - 一种ofdm定时同步装置及实现方法

Info

Publication number: CN102123124A
Application number: CN2010100224841A
Authority: CN
Inventors: 李刚
Original assignee: Shanghai Huahong Integrated Circuit Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Integrated Circuit Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明涉及一种OFDM定时同步装置，包含互相关器、自相关器和同步判决器。互相关器由延时单元，共轭单元和相关运算单元构成。自相关器由时间抽取单元，共轭单元和相关运算单元构成。本发明还提供一种OFDM定时同步实现方法，包含对输入信号进行互相关运算，对抽取后接收信号进行自相关运算，最后对定时同步点进行判决。本发明能在高同步精度的前提下，有效减少自相关运算量和存储量，从而能够降低定时同步系统的硬件实现复杂度。

Description

一种OFDM定时同步装置及实现方法

技术领域

本发明涉及通信领域的OFDM同步装置领域，尤其涉及一种OFDM定时同步装置及实现方法。

背景技术

OFDM正交频分复用(简称“OFDM”)系统的定时同步为快速傅里叶变换(简称“FFT”)解调提供准确的开窗位置。由于在OFDM符号之间插入了循环前缀保护间隔，因此OFDM符号定时同步的起始时刻可以在保护间隔内变化，而不会造成码间干扰(简称“ISI”)和信道间干扰(简称“ICI”)。只有当FFT运算窗口超出了符号边界，或者落入符号的幅度滚降区间，才会造成ISI和ICI。因此，OFDM系统对符号定时同步的要求相对宽松。

在多径环境中，为了获得最佳的系统性能，需要确定最佳的符号定时。符号定时的起点可以在保护间隔内任意选择，但容易得知，任何符号定时的变化，都会增加OFDM系统对时延扩展的敏感程度，因此系统所能容忍的时延扩展就会低于其设计值，为了尽量减小这种负面的影响，需要尽量减小符号定时同步的误差。

定时同步算法可以分为非数据辅助定时同步算法和数据辅助的定时同步算法。非数据辅助的定时同步算法中Sandell(国外人名)和Van de Beek(国外人名)最早提出了应用最大似然原理推导出AWGN(加性高斯白噪声)信道下时域中基于循环前缀相关的定时和载波同步的联合估计算法，给出了算法的细致推导和仿真结果，避免了导频符号的使用，但在无线多径信道中性能不佳。Keller(国外人名)提出了时域中基于循环前缀相关的定时和载波同步的联合估计算法，以解决无线局域网中多径信道下OFDM系统的定时和载波同步问题。之后有不少文献对以上两种算法加以改进，Landstorm(国外人名)应用循环前缀的冗余部分实现最大似然原理推导出时域中基于循环前缀相关的定时估计算法，简化了算法。Tanda对最大似然算法方法进行了扩展，推导了无偏最小方差原则基于循环前缀相关的定时和载波同步的联合估计算法，给出了仿真结果。但是由于多径引起的ISI会破坏循环前缀数据，导致这些依赖循环前缀算法性能的下降，虽然可以利用多个符号进行估计以提高精度，但是带来了处理延迟的增加。

数据辅助定时同步算法比较早，主要靠已知的训练序列进行同步。最早Beek提出了应用时域两个相同的符号进行延时相关运算，搜索最大相关峰值的帧定时方法，推导出了定时同步算法，给出理论分析和仿真结果，即延时相关定时同步方法。后来Scmhdli(国外人名)提出了基于前导序列的延时相关算法。在时域应用两个OFDM前导符号进行相关运算并进行能量归一化，搜索最大相关峰值的定时同步算法。主要思想为用两个相同的前导序列进行互相关运算，再用自相关运算结果对其进行归一化处理，其峰值点即为有效数据起始点。在该算法中，互相关运算和自相关运算会影响硬件实现的复杂度。

发明内容

本发明目的提供一种实现OFDM定时同步的装置及实现方法，在实现较高同步精度的情形下，减少自相关运算量和存储量，降低定时同步系统的硬件实现复杂度。

一种OFDM定时同步装置，包含互相关器、自相关器和同步判决器。

互相关器，完成定时同步算法中的输入信号的互相关运算；

自相关器，完成按时间间隔抽取后接收信号的自相关运算；

同步判决器，对互相关器和自相关器数据结果进行判决，得到定时同步点。

互相关器由延时单元，共轭单元和相关运算单元构成；自相关器由时间抽取单元，共轭单元和相关运算单元构成。

本发明还提供一种OFDM定时同步实现方法，包含以下内容：

(1)对输入信号进行互相关运算

设定相关长度为所使用前导序列的长度，对接收信号和接收信号的延时进行逐点互相关运算；

(2)对抽取后接收信号进行自相关运算

对接收信号按时间间隔进行抽取，并对进行自相关运算，其中相关长度为所用前导序列抽取后的长度；

(3)对定时同步点进行判决

进行统计判决，当结果大于某一阈值时确定为找到了有效数据起始沿，作为定时同步点。

根据本发明所提供的解决方案，能够在高同步精度的前提下，有效减少自相关运算量和存储量，从而能够降低定时同步系统的硬件实现复杂度。

附图说明

图1一种OFDM定时同步装置结构图

图2一种OFDM定时同步实现方法流程图

图3一种OFDM定时同步装置中互相关器结构图

图4一种OFDM定时同步装置中自相关器结构图

具体实施方案

以下结合各附图对本发明内容进行详细的描述：

图2是本发明提供的一种OFDM定时同步实现方法的流程图。具体实施方式步骤如下：

(1)对输入信号进行互相关运算

设定相关长度为所用前导序列的长度，对接收信号和接收信号的延时进行逐点互相关运算。

定义互相关P_xcorr(n)为

P_{xcorr} (n) = Σ_{k = 0}^{N - 1} r_{n + k} conj (r_{n + k + N})

其中r_n+k为接收到的第n+k个子载波，r_n+k+N为接收到的第n+k+N个子载波，conj()表示共轭变换，N为前导序列的长度。

因互相关受高斯白噪声以及多径效应影响比较大，其能量变化动态范围比较大，则需要根据自相关结果对其进行归一化处理。

(2)对抽取后接收信号进行自相关运算

对接收信号按时间间隔进行抽取，并对进行自相关运算，其中相关长度为所用前导序列抽取后的长度。

定义长度为N的前导序列的自相关P_auto(n)为

P_{auto} (n) = Σ_{k = 0}^{M - 1} r_{n + S * k} conj (r_{n + S * k})

其中相关长度M等于N/S，S是时间抽取因子，即每个隔(S-1)个采样点，从接收信号中按时间抽取一个值，进行相关运算。

(3)对定时同步点进行判决

进行统计判决，当结果大于某一阈值时就认为找到了有效数据起始沿，作为定时同步点。

定义统计判决m_n

m_{n} = \frac{| P_{xcorr} (n) |}{| P_{auto} (n) |}

当统计判决m_n大于预设阈值时就认为找到了有效数据起始沿。

在采用上述OFDM定时同步实现方法的装置，图1所示为基于OFDM定时同步方法的装置的结构图，包含互相关器，自相关器以及同步判决器。互相关器完成定时同步算法中的输入信号的互相关运算，互相关器结构如图3中所示。自相关器完成按时间间隔抽取后接收信号的自相关运算，自相关器结构如图4中所示。同步判决器对互相关器和自相关器数据结果进行判决，得到最终定时同步点。

Claims

1.一种OFDM定时同步装置，其特征在于：包含互相关器、自相关器和同步判决器。

2.如权利要求1所述的一种OFDM定时同步装置，其特征在于：所述互相关器由延时单元，共轭单元和相关运算单元构成。

3.如权利要求1所述的一种OFDM定时同步装置，其特征在于：所述自相关器由时间抽取单元，共轭单元和相关运算单元构成。

4.一种OFDM定时同步实现方法，包含以下步骤：

(1)对输入信号进行互相关运算

(2)对抽取后接收信号进行自相关运算

对接收信号按时间间隔进行抽取，并对进行自相关运算；

(3)对定时同步点进行判决

进行统计判决，当结果大于阈值时确定为找到有效数据起始沿，作为定时同步点。

5.如权利要求4所述的一种OFDM定时同步实现方法，其特征在于：所述相关长度为所用前导序列抽取后的长度。