CN102143574A - 一种适合于IEEE802.16m前导字结构的定时同步方法 - Google Patents

一种适合于IEEE802.16m前导字结构的定时同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种适合于IEEE802.16m前导字结构的定时同步方法，涉及无线通信领域。该方法构造了一种新的短训练序列，并改进了前导字结构，发送端不同发射天线上在发送用户数据前在不同时间段发送上述前导字，各发送天线发送前导字的时间满足时间正交，在接收端采用两级定时同步方法获得符号的准确同步；该同步方案可以更加快速高效的捕捉符号起始点，易于接收机的实现。

Description

一种适合于IEEE802.16m前导字结构的定时同步方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及IEEE802.16m系统定时同步的问题。
背景技术
802.16是由美国电气和电子工程师协会（IEEE）制定的新一代无线城域网标准，通常被称作WiMAX。它主要定义了无线接入系统空中接口物理层（PHY）和媒介接入控制层（MAC）规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。802.16m是这一系列中最新的标准，尽管IEEE委员会指出它并非WiMAX的一部分，两种标准之间存在兼容性，并且新的802.16m标准还将兼容未来的4G无线网络。它能够提供1Gbps的下行速率，同时在“移动模式”下支持100Mbps的速率，目前国际电信联盟（ITU）收到的4G候选提案中，主要就是涵盖了LTE-Advanced和802.16m两种技术，可以说802.16m技术具有非常重要的市场价值和应用潜力。
与上一代标准802.16e不同的是，802.16m同时引入了MIMO技术（多天线发送多天线接收技术）和OFDM技术（正交频分复用技术），这两种技术的结合可以在不需要增加带宽和传输功率的前提下提高数据的传输速率，使高速无线通信系统成为可能。但多径干扰使得MIMO系统容易产生定时同步偏差，在OFDM系统中，微小的定时同步偏差就可能使得系统性能大幅度下降。目前在SISO-OFDM系统以及MIMO-OFDM系统中，定时同步一般采用2种方式，分别是非数据辅助方式和数据辅助方式。非数据辅助方式是利用OFDM符号中循环前缀（CP）与符号尾部的数据的相关性，通过相关算法来寻找符号的起始点。而数据辅助方式则是通过额外加入训练序列，利用训练序列的相关特性来准确估计出OFDM符号的起始位置，相比较而言，利用训练序列的定时同步具有捕获速度快，估计准确，易于实现等优点，一般采用训练序列的同步算法。比较经典的基于训练序列的同步算法是延时自相关算法（Schmidl&Cox算法，T. M.Schmidl and D. C. Cox, Robust frequency and timing synchronization for OFDM［J］, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,1997, Vol. 45 No.12, 1613-1621）.该方法不易受到频偏的影响，并且可以利用递归运算减少系统实现的复杂度,但该方法很难获得准确的定时同步位置，只能获得峰值平台起始位置。
发明内容
本发明针对现有OFDM无线通信系统在定时同步方面存在不容易获得较为准确的符号起始点的缺陷，以及IEEE802.16m系统中对定时同步的新要求，利用重新设计的前导字，提出一种定时同步方法，获得更好的定时同步性能。
实现本发明所采用的技术方案是，利用IEEE802.16e中规定的短训练序列，以及同等长度的m序列(由线性移位寄存器产生的伪随机序列)，对两个序列中的数据点进行点对点的相乘运算可以得到一组新的数据点，形成新的短训练序列，然后利用新的短训练序列组成前导字（由4个重复短训练序列组成，前2个为负极性，后2个为正极性）。滑动自相关采用长度为L（一般取短训练序列的长度）的滑动窗口，利用具体实施方式中提到的两级定时同步算法取得符号的定时同步。第一级同步算法采用经典的延时自相关定时同步算法，在峰值搜索的过程中定时测度函数将出现4个峰值的情况。将第一个峰值点对应的同步点作为二级同步算法搜索峰值的中心点，在[-L/2，L/2]范围内利用改进算法进行峰值搜索，在搜索范围内，改进算法中定时测度函数的峰值点即为符号的准确起始位置。具体为，
移位寄存器生成与IEEE802.16e中规定的短训练序列A同样长度的m序列，将短训练序列A及m序列输入乘法器，两个序列的数据点进行点对点的相乘运算，得到新的短训练序列A′，构建包括循环前缀CP、正极性短训练序列A′和负极性短训练序列-A′的前导字；发送端不同发射天线上在发送用户数据前在不同时间段发送上述前导字，各发送天线发送前导字的时间满足时间正交；在接收端采用两级定时同步方法获得符号的准确同步；第一级同步方法采用延时自相关定时同步获得第一级定时测度函数，第一级定时测度函数的第一个峰值的位置为第二级同步的起始点，计算第二级定时测度函数                                                
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE001
， 
Figure 360660DEST_PATH_IMAGE001
最大值对应的
Figure 159989DEST_PATH_IMAGE002
为符号起始点。
本发明利用改进的前导字以及两级定时同步方案，可以获得更加好的同步效果，计算复杂度低，捕获速度更快。
附图说明
图1 本方案实现流程图；
图2 IEEE802.16e中的前导字结构；
图3 新前导字结构；
图4 各发射天线的帧结构；
图5 高斯信道仿真结果。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施例对本发明的实施作进一步具体说明。如图1为本发明的具体实现流程图。本发明的同步方法采用改进的短训练序列组成前导字,并采用两级定时同步方法完成定时同步。
如图2所示为IEEE802.16e中的短训练序列A和前导字结构，完整的前导字由1个循环前缀(CP)和4个长度为64的短训练序列A构成。基于此结构对前导字进行修改。
利用传统的移位寄存器生成与短训练序列A同样长度（为64）的m序列，将IEEE802.16e中规定的短训练序列A（序列长度为64）及m序列输入乘法器，将两个序列的数据点进行点对点的相乘运算，得到新的短训练序列-A′（由64个数据组成）。
如图3所示为本发明改进的前导字结构。包括循环前缀CP，紧跟其后有4个短训练序列，其中，-A′为负极性短训练序列，A′为正极性短训练序列。
在发送端发送用户数据前不同发射天线上在不同时间段发送上述前导字，各发送天线发送前导字满足时间正交。
为了区分各路发送信号，使不同发射天线上采用唯一可识别的前导序列，本发明在发射端采用时间正交的方式构造前导的帧结构，以2发2收的天线为例，如图4所示。在天线1上0到T时间段，发送本文改进的前导字，T到2T时间段不发送信息，从2T时刻开始发送用户数据，同时在天线2上为了实现时间正交，在0到T时刻不发送信息，而在T到2T时刻发送本文改进的前导字，然后用户数据也是从2T时刻开始发送。
本发明在接收端采用两级定时同步的方案来获得符号的准确同步。第一级同步方法采用延时自相关定时同步方法获得定时测度函数，确定定时测度函数峰值，第一个峰值的位置来确定第二级同步的起始点。
具体方法如下：根据接收数据序列
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE003
，滑动窗口起点
Figure 745691DEST_PATH_IMAGE004
，不带CP的前导字长度
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE005
，调用公式（1）对接收序列在滑动窗口内的采样点与延时个采样点进行相关，其结果为。其中
Figure 541795DEST_PATH_IMAGE006
为滑动窗口长度，
Figure 879235DEST_PATH_IMAGE008
为采样点数。
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE009
  （1）
对接收序列在滑动窗口起点延时
Figure 585023DEST_PATH_IMAGE006
个采样点进行取模运算，其结果为
Figure 982506DEST_PATH_IMAGE010
，即为该段符号序列的总能量，
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE011
          （2）
根据与
Figure 914876DEST_PATH_IMAGE010
的比值获得定时测度函数
Figure 492749DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE013
                      （3）
当与接收序列的前导字起始点对齐时，将会出现4个峰值，通过第一个峰值的位置来确定第二级同步的起始点。
例如：相关窗长度为64，CP长度为64，信噪比（SNR）为20dB，干扰数据长度为200。通过设置合理的门限h(0<h<1，当h越大时，峰值搜索区间的起点越接近实际峰值位置，计算复杂度低，但信道条件恶劣时容易发生检测不到峰值的情况出现漏判；当h越小时，峰值搜索区间的起点离实际峰值位置越远，计算复杂度高，但不容易发生漏判准确性高，这里h取0.5)，将与门限值h比较，当
Figure 636974DEST_PATH_IMAGE012
>h时，即检测到定时测度函数峰值，并以该点
Figure 641839DEST_PATH_IMAGE002
为起点在长度为64的搜索区间（
Figure 142091DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 562708DEST_PATH_IMAGE014
+64）内寻找的最大值，该最大值的位置
Figure 273361DEST_PATH_IMAGE002
即为第二级同步的起始点。
以第一个峰值的位置确定第二级同步的起始点，根据接收数据序列
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE015
，第二级同步滑动窗口起点
Figure 260908DEST_PATH_IMAGE002
，不加CP的前导字长度
Figure 547533DEST_PATH_IMAGE005
（本实施例取256），接收数据序列在滑动窗口内的采样点与延时
Figure 609030DEST_PATH_IMAGE005
/4、
Figure 955698DEST_PATH_IMAGE016
/4、
Figure 430541DEST_PATH_IMAGE005
/2个采样点进行相关并叠加，其结果为
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 520857DEST_PATH_IMAGE018
            （4）
接收序列在滑动窗口起点延时
Figure 764757DEST_PATH_IMAGE005
个采样点进行模运算，获得该段符号序列的总能量
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE019
Figure 16746DEST_PATH_IMAGE020
                    （5）
第二级定时测度函数
Figure 978886DEST_PATH_IMAGE001
为
Figure 613173DEST_PATH_IMAGE017
与
Figure 914841DEST_PATH_IMAGE019
的比值。
Figure 2011100833562100002DEST_PATH_IMAGE021
                       （6）
第一级同步只采用了窗口长度为
Figure 400049DEST_PATH_IMAGE006
的延时相关窗，第二级同步则采用了3个延时相关窗，大幅提高了同步精度，其中两个窗口长度为
Figure 849485DEST_PATH_IMAGE006
，一个窗口长度为
Figure 219287DEST_PATH_IMAGE022
。
第一级同步得到的起始点为中心在-L/2至L/2之间对接收序列进行滑动相关（L取值越大，计算复杂度越高，准确性越高，反之则计算简单，准确率下降。这里L取短训练序列长度64），当二级定时同步起始点
Figure 172199DEST_PATH_IMAGE002
滑动到与前导起始点对齐时，定时测度函数出现最大值，该最大值的对应的即为符号起始点，至此本方案的同步过程全部完成。
利用本发明改进的前导字实施同步算法，在MATLAB平台上进行仿真。仿真参数设置：MIMO天线为2发2收，子载波数为256，循环前缀长度为64。信道为高斯信道和SUI-3信道，并在发送端加入干扰信号测试同步方案的性能。
高斯信道环境下定时同步的准确率如图5所示。从图中可以看到本文改进算法获得了更好的定时同步性能，当信噪比高于10dB的时候，两种算法定时同步的正确率都趋近于100%。

Claims (5)

1.一种适合于IEEE802.16m标准的定时同步方法，其特征在于，构建包括循环前缀CP、正极性短训练序列A′和负极性短训练序列-A′的前导字；发送端不同发射天线上在发送用户数据前在不同时间段发送上述前导字，各发送天线发送前导字的时间满足时间正交；在接收端采用两级定时同步方法获得符号的起始点；第一级同步方法采用延时自相关定时同步获得第一级定时测度函数，第一级定时测度函数的第一个峰值的位置为第二级同步的起始点，计算第二级定时测度函数                                                
Figure 329113DEST_PATH_IMAGE001
， 
Figure 308571DEST_PATH_IMAGE001
最大值对应的为符号起始点。
2.根据权利要求1所述的定时同步方法，其特征在于，所述短训练序列A′为：移位寄存器生成与IEEE802.16e中规定的短训练序列A同样长度的m序列，将短训练序列A及m序列输入乘法器，两个序列的数据点进行点对点的相乘运算，得到短训练序列A′。
3.根据权利要求1所述的定时同步方法，其特征在于，所述前导字结构为循环前缀CP，两个负极性短训练序列-A′紧跟其后，再其后是两个正极性短训练序列A′。
4.根据权利要求1-3其中之一所述的定时同步方法，其特征在于，对接收序列在滑动窗口内的采样点与延时
Figure 963674DEST_PATH_IMAGE003
个采样点进行相关，结果为
Figure 2011100833562100001DEST_PATH_IMAGE004
，对接收序列在滑动窗口起点延时
Figure 169003DEST_PATH_IMAGE003
个采样点进行取模运算，结果为
Figure 983375DEST_PATH_IMAGE005
，根据公式：
Figure 2011100833562100001DEST_PATH_IMAGE006
确定第一级定时测度函数，其中，
Figure 681204DEST_PATH_IMAGE007
为不加CP的前导字长度。
5.根据权利要求1-3其中之一所述的定时同步方法，其特征在于，接收数据序列在滑动窗口内的采样点与延时
Figure 948237DEST_PATH_IMAGE007
/4、/4、
Figure 22503DEST_PATH_IMAGE007
/2个采样点进行相关并叠加，结果为
Figure 753699DEST_PATH_IMAGE009
，接收序列在滑动窗口起点延时
Figure 560112DEST_PATH_IMAGE007
个采样点进行模运算，结果为
Figure 2011100833562100001DEST_PATH_IMAGE010
，根据公式：
Figure 376758DEST_PATH_IMAGE011
确定第二级定时测度函数。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104410597A (zh) * 2014-11-20 2015-03-11 武汉邮电科学研究院 一种基于两级同步头序列的ofdm信号时域同步方法
CN105024966A (zh) * 2015-08-12 2015-11-04 西安电子科技大学 Ofdm系统的符号定时同步方法
CN105846988A (zh) * 2016-04-29 2016-08-10 华中科技大学 一种多天线无线通信系统的时钟和频率同步方法
WO2017174003A1 (zh) * 2016-04-08 2017-10-12 深圳超级数据链技术有限公司 定时同步方法和装置
CN111556000A (zh) * 2015-08-06 2020-08-18 Lg电子株式会社 在无线lan系统中的发送设备及其方法
CN112655159A (zh) * 2018-06-06 2021-04-13 上海诺基亚贝尔股份有限公司 用于确定定时提前的方法、设备和计算机可读介质
US11902065B2 (en) 2018-07-27 2024-02-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Short training sequence design method and apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101047686A (zh) * 2007-03-19 2007-10-03 重庆邮电大学 一种用于WiMAX系统的接收符号同步方法
CN101374137A (zh) * 2008-10-23 2009-02-25 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的块同步方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101047686A (zh) * 2007-03-19 2007-10-03 重庆邮电大学 一种用于WiMAX系统的接收符号同步方法
CN101374137A (zh) * 2008-10-23 2009-02-25 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的块同步方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蒲东等: "一种适合OFDM系统的定时同步方案", 《广东通信技术》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104410597A (zh) * 2014-11-20 2015-03-11 武汉邮电科学研究院 一种基于两级同步头序列的ofdm信号时域同步方法
CN104410597B (zh) * 2014-11-20 2017-09-01 武汉邮电科学研究院 一种基于两级同步头序列的ofdm信号时域同步方法
CN111556000A (zh) * 2015-08-06 2020-08-18 Lg电子株式会社 在无线lan系统中的发送设备及其方法
CN111556000B (zh) * 2015-08-06 2023-06-06 Lg电子株式会社 在无线lan系统中的发送设备及其方法
US11930454B2 (en) 2015-08-06 2024-03-12 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for generating training signal using predetermined binary sequence in wireless LAN system
CN105024966A (zh) * 2015-08-12 2015-11-04 西安电子科技大学 Ofdm系统的符号定时同步方法
WO2017174003A1 (zh) * 2016-04-08 2017-10-12 深圳超级数据链技术有限公司 定时同步方法和装置
CN105846988A (zh) * 2016-04-29 2016-08-10 华中科技大学 一种多天线无线通信系统的时钟和频率同步方法
CN105846988B (zh) * 2016-04-29 2019-03-05 华中科技大学 一种多天线无线通信系统的时钟和频率同步方法
CN112655159A (zh) * 2018-06-06 2021-04-13 上海诺基亚贝尔股份有限公司 用于确定定时提前的方法、设备和计算机可读介质
US11902065B2 (en) 2018-07-27 2024-02-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Short training sequence design method and apparatus

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