CN103200144A - 一种用于mimo-ofdm系统的同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，包括如下步骤：（1）由接收到的数据中选择出有效数据，有效数据为每个接收天线在完成能量检测而确定接收到帧数据后的部分短前导数据；（2）对有效数据进行延迟自相关运算和互相关运算，得到自相关运算结果和互相关运算结果；（3）对自相关运算结果进行滑动差分和滑动积分运算并找出运算结果的最大值点；（4）根据最大值点确定互相关峰值的存在范围；（5）在互相关峰值的存在范围内寻找互相关运算结果的峰值，确定长前导的起始位置。本发明的同步方法具有较高的同步精度且具有较宽的应用范围。

Description

一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法

技术领域

本发明涉及一种用于MIMO-OFDM系统中，通过对OFDM帧的短前导进行粗同步以确定长前导的起始位置的同步方法。

背景技术

802.11n作为WLAN中的较新标准，它不但提高了载波效率，而且也大大提高了系统的稳定性。802.11n在保证性能提升的同时也保证了与先前版本的兼容性（包括802.11a\b\g）。

802.11n中OFDM帧具有三种格式，每种格式都包括前导字段、信号字段和数据段。其中HT-MIXED FORMAT结构如附图1所示。这三种不同格式都是以前导字段开头，而且最开始都是短前导（STF），紧接着是长前导（LTF）。短前导的作用是进行能量检测以确定是否接收到帧数据，并完成粗同步以确定长前导的起始位置，从而可以进行精确的同步和信道估计。短前导有10个周期，每个周期长度0.8μs。因此，现有技术主要是利用短前导的周期性进行延迟自相关和互相关运算确定长前导的起始位置。但在实际应用中，由于能量检测已经使用了大部分的短前导周期，同时MIMO-OFDM系统添加了循环移位，这些都会对粗同步造成影响，使得得到的长前导起始位置不准确。因此需要寻找一种适用于MIMO-OFDM系统的比较精确的粗同步方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种较为精确的对短前导进行同步以确定长前导的起始位置的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，应用于MIMO-OFDM系统中对OFDM帧的短前导进行粗同步以确定长前导的起始位置，其包括如下步骤：

（1）由接收到的数据中选择出有效数据，所述的有效数据为每个接收天线在完成能量检测而确定接收到帧数据后的部分短前导数据；

（2）对所述的有效数据进行延迟自相关运算和互相关运算，得到自相关运算结果和互相关运算结果；

（3）对所述的自相关运算结果进行滑动差分和滑动积分运算并找出运算结果的最大值点；

（4）根据所述的最大值点确定互相关峰值的存在范围；

（5）在所述的互相关峰值的存在范围内寻找互相关运算结果的峰值，确定所述的长前导的起始位置。

优选的，所述的步骤（1）中，所述的有效数据为能量检测后的时域短前导数据。

优选的，所述的步骤（2）中，所述的延迟自相关运算的延迟长度为所述的短前导的一个周期。

优选的，所述的步骤（2）中，对每个接收天线所接收的所述的有效数据进行自相关运算并将结果求和得到所述的自相关运算结果；将所述的有效数据与未经过信道的短前导的序列进行互相关运算得到每个接收天线的所述的互相关运算结果。

优选的，所述的步骤（3）中，所述的滑动差分和所述的滑动积分的所使用的滑动窗的长度为所述的短前导的半周期长度。

优选的，所述的步骤（3）中，对所述的自相关运算结果进行两次不同形式的滑动差分运算，并分别对两次滑动差分运算的结果进行滑动积分运算，分别找出两次滑动积分运算的结果中的最大值点，分别为第一最大值点和第二最大值点。

优选的，所述的步骤（4）中，分别找出所述的最大值点的理论位置，计算该最大值点与其所在的短前导的一个周期的起始点及短前导的下一个周期的起始点之间的距离，根据上述两个距离得到该最大值点所在的短前导的一个周期及短前导的下一个周期的理论起始位置；给定一个半径，分别以上述两个短前导的周期的理论起始位置为圆心，所述的半径的范围内的区间即为所述的互相关峰值的存在范围。

优选的，所述的步骤（5）中，在所述的互相关运算结果中找出若干个峰值，若在所述的第一最大值点的每个所述的互相关峰值的存在范围内均存在至少一个所述的峰值，则最大的所述的峰值的位置为该峰值所在的所述的短前导的周期的准确起始位置，亦为所述的长前导的起始位置；若在所述的第二最大值点的每个所述的互相关峰值的存在范围内均存在至少一个所述的峰值，则最大的所述的峰值的位置为该峰值所在的所述的短前导的周期的准确起始位置，亦为所述的长前导的起始位置；若在所述的第一最大值点和所述的第二最大值点的所述的互相关峰值的存在范围内均不能找到所述的峰值，则所述的第一最大值点的位置即为所述的长前导的起始位置。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的同步方法，从实际考虑问题，并利用了自相关和互相关结果的位置关系以及互相关峰值的周期性和噪声影响下的统计特性，具有较高的同步精度，其不仅可以应用于802.11n上，对其他类似具有前导序列的MIMO-OFDM系统均可以使用，具有较宽的应用范围。

附图说明

附图1为802.11n的HT-MIXED FORMAT PPDU格式示意图。

附图2为本发明的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法的流程图。

附图3为本发明的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法的计算过程说明图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，应用于MIMO-OFDM系统中对OFDM帧的短前导进行粗同步以确定长前导的起始位置，以802.11n的HT-MIXED FORMAT PPDU为例，在接收端需要对接收信号进行同步估计时，按照附图2所示的流程检测如下。

第一步，由接收到的数据中选择出有效数据。该有效数据为每个接收天线在完成能量检测而确定接收到帧数据后的部分短前导数据。本实例中，选择比较苛刻的情况，即帧检测之后只有3个短符号周期。如附图3所示，即只有3个L-STS。此步骤中，有效数据为能量检测后的时域短前导数据。

第二步，对有效数据进行延迟自相关运算和互相关运算，得到自相关运算结果和互相关运算结果。

具体地说，延迟自相关运算的延迟长度为短前导的一个周期。对每个接收天线所接收的有效数据进行自相关运算并将结果求和得到自相关运算结果；将有效数据与未经过信道的短前导的序列进行互相关运算得到每个接收天线的互相关运算结果。

例如，记r_j(k)为第j个接收天线接收到的第k个采样数据。自相关运算为：其中Ls为短前导每个周期的长度，将每个天线的计算结果相加得到

即为自相关运算结果，其中N_R为接收天线数目。结果如附图3中λ_a所示。互相关运算为：

其中s_i(m)为原始的短前导信号。附图3中cross-cor为某两个接收天线的互相关运算结果。

第三步，对自相关运算结果进行滑动差分和滑动积分运算并找出运算结果的最大值点。

对自相关运算结果进行两次不同形式的滑动差分运算，并分别对两次滑动差分运算的结果进行滑动积分运算，滑动差分和滑动积分的所使用的滑动窗的长度为短前导的半周期长度。分别找出两次滑动积分运算的结果中的最大值点，分别为第一最大值点和第二最大值点。

取滑动窗长度为L_w=L_s/2，并依据公式 ${\mathrm{\Ω}}_1\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{\mathrm{Lw}-1}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\λ}}_a(n-m)-{\mathrm{\λ}}_a(n-m+\mathrm{Lw})]$ 进行第一种滑动差分，如附图3中Ω₁所示。对滑动差分结果进行滑动积分，如下式：

如附图3中S₁所示。找出S₁中最大值为第一最大值点。然后进行第二种滑动差分， ${\mathrm{\Ω}}_2\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{\mathrm{Lw}-1}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\λ}}_a(n-m)-{\mathrm{\λ}}_a(n-m+2\mathrm{Lw})],$ 如附图3中Ω₂所示。对该滑动差分结果进行滑动积分：

如图3中S₂所示。找出S₂中最大值作为第二最大值点。上述两个最大值点在附图3中均用菱形标出。

第四步，根据最大值点确定互相关峰值的存在范围。分别找出第一最大值点和第二最大值点的理论位置，分别计算该二者与其所在的短前导的一个周期的起始点及短前导的下一个周期的起始点之间的距离，根据上述两个距离得到该最大值点所在的短前导的一个周期及短前导的下一个周期的理论起始位置。例如，理论上第一最大值点的位置在短前导第九个周期的中间位置，依此分别得到接收信号短前导第九个周期和第十个周期的起始点位置，分别为M_9,1和M_10,1。第二最大值点的位置在短前导第九个周期起始点后四分之一周期处。依此分别得到短前导第九个周期和第十个周期的起始点位置，分别为M_9,2和M_10,2。

再给定一个半径R，分别以上述两个短前导的周期的理论起始位置为圆心，半径的范围内的区间即为互相关峰值的存在范围，即得到第一最大值点的两个区间[M_9,1-R,M_9,1+R]和[M_10,1-R,M_10,1+R]，以及第二最大值点的两个区间[M_9,2-R,M_9,2+R]和[M_10,2-R,M_10,2+R]。

第五步，在互相关峰值的存在范围内寻找互相关运算结果的峰值，确定长前导的起始位置。

由互相关运算结果中找出N个峰值，取其位置组成集合G。若在第一最大值点的每个互相关峰值的存在范围内均存在至少一个峰值，即存在至少一个G中的元素，则最大的峰值的位置为该峰值所在的短前导的周期的准确起始位置，亦为长前导的起始位置。若在第二最大值点的每个互相关峰值的存在范围内均存在至少一个峰值，即存在至少一个G中的元素，则最大的峰值的位置为该峰值所在的短前导的周期的准确起始位置，亦为长前导的起始位置。若在第一最大值点和第二最大值点的互相关峰值的存在范围内均不能找到峰值，则第一最大值点的位置即为长前导的起始位置。

上述实施方式提供了一种在MIMO-OFDM系统中具有较高精度的同步方法，其可在可用数据量有限且受噪声干扰的接收信号中找出长前导的起始点位置，根据所公开的实施例，本领域技术人员能够实现或者使用本发明。由于本同步方法利用短前导的周期性进行判决获得最终的同步结果，在TGn标准信道中，即使可用数据很少也具有优异的性能，尤其适合应用在802.11n的长前导粗同步中。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，应用于MIMO-OFDM系统中对OFDM帧的短前导进行粗同步以确定长前导的起始位置，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）由接收到的数据中选择出有效数据，所述的有效数据为每个接收天线在完成能量检测而确定接收到帧数据后的部分短前导数据；

（2）对所述的有效数据进行延迟自相关运算和互相关运算，得到自相关运算结果和互相关运算结果；

（3）对所述的自相关运算结果进行滑动差分和滑动积分运算并找出运算结果的最大值点；

（4）根据所述的最大值点确定互相关峰值的存在范围；

（5）在所述的互相关峰值的存在范围内寻找互相关运算结果的峰值，确定所述的长前导的起始位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，所述的有效数据为能量检测后的时域短前导数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，所述的延迟自相关运算的延迟长度为所述的短前导的一个周期。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，对每个接收天线所接收的所述的有效数据进行自相关运算并将结果求和得到所述的自相关运算结果；将所述的有效数据与未经过信道的短前导的序列进行互相关运算得到每个接收天线的所述的互相关运算结果。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，所述的滑动差分和所述的滑动积分的所使用的滑动窗的长度为所述的短前导的半周期长度。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，对所述的自相关运算结果进行两次不同形式的滑动差分运算，并分别对两次滑动差分运算的结果进行滑动积分运算，分别找出两次滑动积分运算的结果中的最大值点，分别为第一最大值点和第二最大值点。

7.根据权利要求6所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，分别找出所述的最大值点的理论位置，计算该最大值点与其所在的短前导的一个周期的起始点及短前导的下一个周期的起始点之间的距离，根据上述两个距离得到该最大值点所在的短前导的一个周期及短前导的下一个周期的理论起始位置；给定一个半径，分别以上述两个短前导的周期的理论起始位置为圆心，所述的半径的范围内的区间即为所述的互相关峰值的存在范围。

8.根据权利要求7所述的一种用于MIMO-OFDM系统的同步方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，在所述的互相关运算结果中找出若干个峰值，若在所述的第一最大值点的每个所述的互相关峰值的存在范围内均存在至少一个所述的峰值，则最大的所述的峰值的位置为该峰值所在的所述的短前导的周期的准确起始位置，亦为所述的长前导的起始位置；若在所述的第二最大值点的每个所述的互相关峰值的存在范围内均存在至少一个所述的峰值，则最大的所述的峰值的位置为该峰值所在的所述的短前导的周期的准确起始位置，亦为所述的长前导的起始位置；若在所述的第一最大值点和所述的第二最大值点的所述的互相关峰值的存在范围内均不能找到所述的峰值，则所述的第一最大值点的位置即为所述的长前导的起始位置。

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