CN103546416A - Ofdm符号同步方法 - Google Patents
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Abstract
一种OFDM符号同步方法,包括:生成本地频域数据,该本地频域数据包括多个导频数据,且选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的;对所述本地频域数据进行傅里叶反变换以得到本地时域数据;在所述本地时域数据中加入循环前缀以形成时域参考数据,其中所述循环前缀的长度由发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度来确定;从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值;基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点。本技术方案解决现有技术中出现较多干扰峰值,造成理论的最佳峰值点出现偏移和抖动,导致OFDM符号定时不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别涉及一种OFDM符号同步方法。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术是HPA联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础,是一种多载波调制技术。OFDM技术通过在OFDM符号前端插入了本符号的循环前缀,所以可以有效地对抗符号间干扰且能更好地抵抗多径信道。而且添加时域循环前缀使得小范围的符号定时偏差转到频域以后表现为各个子载波符号乘上一个相角,这使得频域的信道均衡也很方便。再有由于OFDM系统的各个子载波是相互正交重叠的,因此频谱利用率也相比一般的频分复用系统也有所提高。
基于OFDM调制方式良好的优点,目前它已被广泛应用到IEEE802.11无线局域网(Wi-Fi),IEEE802.16无线城域网(Wi-MAX),长期演进(Long Term Evolution,LTE)和LTE的演进(LTE-Advanced),数字音频(Digital Audio Broadcasting,DAB)和数字视频广播(Digital Video Broadcasting,DVB),欧洲的第二代地面数字电视广播系统(DVB-T2)依然采用OFDM调制方式。OFDM与多输入输出(Multiple-Input Multiple-Out-put,MIMO)技术的结合已经成为下一代移动通信的关键技术,因此,OFDM技术在未来的移动通信系统中将会发挥更大的作用。
现有技术提出了一种利用OFDM频域导频在时域做符号同步的方法,利用相关运算的实现公式如下:
其中,m为截取数据点的起始点位置,N是OFDM的全部子载波个数,Ng 是添加的循环前缀的长度,r(k)为接收到的OFDM时域数据,P=[0,0,x1,0,…,x2,0,0,0,…,x3,…]为频域数据,按照带循环前缀的OFDM符号的生成方式生成的本地时域导频符号。其中,x1,x2,x3,…是离散导频数据,根据DVB-T2的导频设计,x1,x2,x3,…在频域的间隔是12或者24,所以最后生成本地频域数据时,在非导频子载波的位置上补零。
上述方法虽然在高斯信道下理想峰值比较明显,但由于频域的离散导频是等间隔出现的,这样会导致在对频域数据进行傅里叶反变换得到的时域数据会经过一个固定的间隔数据出现重复的现象,产生这种现象的原因如下:
假设系统用的是DVB-T2的PP1模式的离散导频图,傅里叶变换FFT大小为2048,可以看出频域的导频是每隔12个出现一次的,即,其余的非导频处全是0,通过仿真发现利用上述的进行傅里叶反变换IFFT转到时域时,存在一个时域数据几乎经过171()个点循环一次的现象。
发明内容
本发明解决的问题是利用现有的OFDM符号同步方法会出现较多干扰峰值,造成理论的最佳峰值点出现偏移和抖动,导致OFDM符号定时不准确。
为解决上述问题,本发明实施例提供了一种OFDM符号同步方法,包括:生成本地频域数据,该本地频域数据包括多个导频数据,且选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的;对所述本地频域数据进行傅里叶反变换以得到本地时域数据;在所述本地时域数据中加入循环前缀以形成时域参考数据,其中所述循环前缀的长度由发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度来确定;从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值;基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点。
可选的,所述生成本地频域数据包括如下步骤:从设定的所有导频数据中选取部分导频数据以填充至对应的导频子载波的位置上并在非导频子载波的位置上补零,以形成本地频域数据;其中,本地频域数据的长度为OFDM系统的全部子载波个数。
可选的,所述选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的包括:选取的所有所述导频数据在频域上的位置都是非等间隔的;或者选取的部分导频数据在频域上的位置是等间隔的,部分导频数据在频域上的位置是非等间隔的。
可选的,所述从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值包括如下步骤:步骤1:建立数组,该数组中的各个元素用于记录相关运算值;步骤2:从接收到的OFDM时域数据中选取一个数据点;步骤3:以该数据点为起始点从OFDM时域数据中截取预定数量个数据点以形成一段数据序列;步骤4:将该数据序列与时域参考数据作相关运算以得到相关运算值,并将该相关运算值作为一个元素记录在所述数组中;步骤5:从下一个数据点开始,重复执行步骤3和步骤4,直到填满所述数组中的所有元素;其中,所述数组的长度和所述预定数量都是由所述时域参考数据的长度来确定。
可选的,所述基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点包括如下步骤:计算数组中各个元素的模;根据各个元素的模的最大值所对应的OFDM时域数据中的起始点作为OFDM符号的定时点。
与现有技术相比,本发明技术方案具有以下有益效果:
接收端在生成本地频域数据过程中,从设定的所有导频数据中选取部分导频数据,且所选取的导频数据在频域上的位置是非等间隔的,而在后续形成时域参考数据过程中,在本地时域数据中加入的循环前缀的长度与发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度一致。这样在将接收到的OFDM时域数据与时域参考数据作相关运算后得到的相关峰值比较明显,且抖动也明显减小,从而准确地确定OFDM符号的定时点。
附图说明
图1是现有技术中利用离散导频在时域作OFDM符号同步得到的相关峰值的仿真示意图;
图2是现有技术中利用离散导频在时域作OFDM符号同步得到的符号定时效果示意图;
图3是OFDM系统的结构示意图;
图4是本发明的一种OFDM符号同步方法的实施方式的流程示意图;
图5是本发明的OFDM符号同步方法中选取所有非等间隔的导频数据所得到的相关峰值的仿真示意图;
图6是本发明的OFDM符号同步方法中选取等间隔和非等间隔混合的导频数据所得到的相关峰值的仿真示意图;
图7是本发明的OFDM符号同步方法中选取等间隔和非等间隔混合的导频数据所得到的符号定时效果示意图。
具体实施方式
发明人发现利用现有的OFDM符号同步方法会出现较多干扰峰值,造成理论的最佳峰值点出现偏移和抖动,导致OFDM符号定时不准确。为此,本技术方案提供了一种OFDM符号同步方法以解决现有技术的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
首先,针对OFDM系统的整体结构作描述。请参考图3所示的是OFDM系统的结构示意图。其中,上半部分对应发射机链路,下半部分对应接收机链路,由于傅里叶变换和傅里叶反变换的操作类似,因此发射机和接收机可以使用同一硬件设备。发射端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射,并进行傅里叶反变换将数据的频谱转换到时域上,经过并/串转换、插入循环前缀和加窗处理、数模转换后射频发射到信道上。而接收端则进行与发射端相反的操作从而输出数据。所述OFDM系统中各个模块的具体处理过程可以参考现有技术的技术方案,在此不再赘述。
如图4所示的是本发明的一种OFDM符号同步方法的实施方式的流程示意图。参考图4,OFDM符号同步方法包括如下步骤:
步骤S1:生成本地频域数据,该本地频域数据包括多个导频数据,且选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的;
步骤S2:对所述本地频域数据进行傅里叶反变换以得到本地时域数据;
步骤S3:在所述本地时域数据中加入循环前缀以形成时域参考数据,其中所述循环前缀的长度由发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度来确定;
步骤S4:从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值;
步骤S5:基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点。
下面对本发明的OFDM符号同步方法的实施方式进行详细描述。
在本实施例中,如步骤S1所述,生成本地频域数据。
具体地,在实践中,发送端与接收端对于OFDM频域数据中导频数据的设计是一致的,即在频域上插入导频数据的位置和内容都是预先设定的,并在收发两端保持一致。在本实施例中,接收端可以从设定的所有导频数据中选取部分导频数据以填充至对应的导频子载波的位置上,而在非导频子载波的位置上补零,以形成本地频域数据,该本地频域数据的长度为OFDM系统的全部子载波个数。
与现有技术不同的是,从设定的所有导频数据中选取的部分导频数据(尽可能选取多个导频数据)在频域上的位置是非等间隔的。在本实施例中,以DVB-T2系统为例,接收端可以是选取的所有所述导频数据在频域上的位置都是非等间隔的,但这样可能会导致噪声比较大,而现有技术中都是选取等间隔的导频数据则干扰峰值较多。针对这一问题,接收端也可以是选取的部分导频数据在频域上的位置是等间隔的,部分导频数据在频域上的位置是非等间隔的,但从选取的所有导频数据来看,它们在频域上的位置还是非等间隔的,这样既可以减少干扰峰值也可以减小噪声,以达到降低噪声和减少干扰峰值之间的平衡。
如步骤S2所述,对所述本地频域数据进行傅里叶反变换以得到本地时域数据。本领域技术人员理解,将频域数据转换成时域数据通常可以采用傅里叶反变换的方式来进行转换。其中,傅里叶反变换的具体转换方式可以参考现有技术来实现,在此不再赘述。
如步骤S3所述,在所述本地时域数据中加入循环前缀以形成时域参考数据,其中所加入的循环前缀是所述本地时域数据中后Ng时间中的样点复制到该本地时域数据的前面,而所述循环前缀的长度(即Ng的长度)由发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度来确定。假设执行步骤S1和步骤S2所形成的本地时域数据的长度为N,循环前缀的长度为Ng,这样形成的时域参考数据的长度为(N+Ng)。
这里之所以需要在本地时域数据中添加循环前缀是因为在后续将本地的时域参考数据与接收到的OFDM时域数据做相关运算时,保证两个数据序列的长度一致,也使得作相关运算得到的结果准确度更高。
如步骤S4所述,从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值。
在一个具体实施例中,步骤S4具体包括如下步骤:
步骤4.1:建立数组,该数组中的各个元素用于记录相关运算值。例如,建立数组M=[m1,m2,m3,…,mN+Ng],即M数组的长度为时域参考数据的长度(N+Ng)。
步骤4.2:从接收到的OFDM时域数据中选取一个数据点。例如,设置控制变量i,i的初始值为1。对于接收到的OFDM时域数据r(k),选取k=i处的数据点r(i)。
步骤4.3:以该数据点为起始点从OFDM时域数据中截取预定数量个数据点以形成一段数据序列。例如,从k=i处开始截取长度为(N+Ng)个数据点的OFDM时域数据以形成一段数据序列。即所述预定数量为时域参考数据的长度(N+Ng)。
步骤4.5:从下一个数据点开始,重复执行步骤4.3和步骤4.4,直到填满所述数组中的所有元素。例如,控制变量i递增1,重复执行步骤4.3和步骤4.4,直到i= N+Ng 。
如步骤S5所述,基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点。具体地,由于上述步骤S4通过相关运算计算得到的数组M中的各个元素都是复数,而复数是没有大小的。因此,在本步骤中,首先计算数组中各个元素的模,进而根据各个元素的模的最大值所对应的OFDM时域数据中的起始点作为OFDM符号的定时点。
根据本发明实施例提供的OFDM符号同步方法的实施方式,接收端在生成本地频域数据过程中,从设定的所有导频数据中选取部分导频数据,且所选取的导频数据在频域上的位置是非等间隔的,而在后续形成时域参考数据过程中,在本地时域数据中加入的循环前缀的长度与发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度一致。这样在将接收到的OFDM时域数据与时域参考数据作相关运算后得到的相关运算值比较明显,且抖动也明显减小,从而准确地确定OFDM符号的定时点。
进一步地,发明人采用本技术方案进行仿真实验,其中如图5所示的选取所有非等间隔的导频数据所得到的相关峰值的仿真示意图。如图6所示的选取等间隔和非等间隔混合的导频数据所得到的相关峰值的仿真示意图。如图7所示的是选取等间隔和非等间隔混合的导频数据所得到的符号定时效果示意图。
从图5所示的仿真示意图可以看出,选取所有非等间隔的导频数据所得到的相关峰值比较固定,没有偏移或抖动,但噪声也比较大。从图6所示的仿真示意图可以看出,选取等间隔和非等间隔混合的导频数据所得到的相关峰值周围会出现一些干扰峰值,但并不影响确定理想峰值点,而且噪声相对较小。比较图7和图2可以看出,利用本技术方案得到的符号定时效果示意图(即图7)很少出现异常定时点,因此更容易也更准确进行符号定位。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种OFDM符号同步方法,其特征在于,包括:
生成本地频域数据,该本地频域数据包括多个导频数据,且选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的;
对所述本地频域数据进行傅里叶反变换以得到本地时域数据;
在所述本地时域数据中加入循环前缀以形成时域参考数据,其中所述循环前缀的长度由发送端产生的OFDM符号的循环前缀的长度来确定;
从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值;
基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点。
2. 如权利要求1所述的OFDM符号同步方法,其特征在于,所述生成本地频域数据包括如下步骤:
从设定的所有导频数据中选取部分导频数据以填充至对应的导频子载波的位置上并在非导频子载波的位置上补零,以形成本地频域数据;
其中,本地频域数据的长度为OFDM的全部子载波个数。
3. 如权利要求1所述的OFDM符号同步方法,其特征在于,所述选取的多个所述导频数据在频域上的位置是非等间隔的包括:
选取的所有所述导频数据在频域上的位置都是非等间隔的;或者选取的部分导频数据在频域上的位置是等间隔的,部分导频数据在频域上的位置是非等间隔的。
4. 如权利要求1所述的OFDM符号同步方法,其特征在于,所述从接收到的OFDM时域数据中截取多段数据序列,并分别与所述时域参考数据作相关运算以得到多个相关运算值包括如下步骤:
步骤1:建立数组,该数组中的各个元素用于记录相关运算值;
步骤2:从接收到的OFDM时域数据中选取一个数据点;
步骤3:以该数据点为起始点从OFDM时域数据中截取预定数量个数据点以形成一段数据序列;
步骤4:将该数据序列与时域参考数据作相关运算以得到相关运算值,并将该相关运算值作为一个元素记录在所述数组中;
步骤5:从下一个数据点开始,重复执行步骤3和步骤4,直到填满所述数组中的所有元素;
其中,所述数组的长度和所述预定数量都是由所述时域参考数据的长度来确定。
5. 如权利要求4所述的OFDM符号同步方法,其特征在于,所述基于多个相关运算值中的最大值来确定OFDM符号的定时点包括如下步骤:
计算数组中各个元素的模;
根据各个元素的模的最大值所对应的OFDM时域数据中的起始点作为OFDM符号的定时点。
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