CN103595682B

CN103595682B - 一种用于ofdm的帧同步方法、装置及接收机

Info

Publication number: CN103595682B
Application number: CN201310576960.8A
Authority: CN
Inventors: 杨帆; 李洋; 邵怀宗; 王文钦
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: CN103595682A

Abstract

本发明涉及无线通信中符号同步技术领域，具体涉及一种用于OFDM的帧同步方法、装置及OFDM接收机。本发明提出的方法，包括：根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列；计算数据序列的前半部分与后半部分的相关值；基于相关值和数据序列的能量计算定时度量的值；以及当定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果。本发明的用于OFDM的帧同步方法、装置及OFDM接收机同时具有较低的误检概率和漏检概率，独立于频偏且在复杂信道环境下帧同步的门限设置非常方便。

Description

一种用于OFDM的帧同步方法、装置及接收机

技术领域

本发明涉及无线通信中符号同步技术领域，具体涉及一种用于OFDM的帧同步方法、装置及OFDM接收机。

背景技术

OFDM(正交频分复用)是一种特殊的多载波传输方案，由于其能够有效地抵抗频率选择性衰落和窄带干扰，并且具有数据传输速率高、频谱效率高和抗干扰能力强等优点，因此被广泛运用到数字音频广播(DigitalAudioBroadcasting，DAB)、无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等系统中。OFDM系统的要求各子载波之间需保持严格的正交性，导致其对同步误差非常敏感，因此帧同步是OFDM系统中的关键问题。

现有的用于OFDM的帧同步方法一般都先计算定时度量的值，然后将定时度量的值与预先设定的门限比较，从而判定是否帧同步。在计算定时度量的归一化因子(即：分母)的值时，通常是基于从接收到的OFDM信号中选取出的数据序列的差分幅度的平方和，或者基于从接收到的OFDM信号中选取出的数据序列的幅度差分的平方和来计算。

基于上述方法进行的OFDM帧同步，要么对频偏较为敏感，要么误检概率和漏检概率较高。

因此，需要提供一种新的用于OFDM的帧同步方法、装置及OFDM接收机，使得对接收到的OFDM信号进行帧同步时独立于频偏的影响，且误检概率和漏检概率较小。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用于OFDM的帧同步方法，包括：根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列；计算数据序列的前半部分与后半部分的相关值；基于相关值和数据序列的能量计算定时度量的值；以及当定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果。

本发明的另一个实施例提供了一种用于OFDM的帧同步装置，包括：数据序列选取模块，用于根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中滑动截取数据序列；相关值计算模块，用于计算数据序列的前半部分与后半部分的相关值；定时度量计算模块，用于基于相关值和数据序列的能量计算定时度量的值；以及帧同步判定模块，用于当定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果。

本发明的又一个实施例提供了一种OFDM接收机，包括根据本发明的帧同步装置。

附图说明

图1所示为本发明的用于OFDM的帧同步方法的一个实施例的流程图；

图2所示为本发明的用于OFDM的帧同步装置的一个实施例的示意性框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些不必要的技术特征。

图1所示为本发明的用于OFDM的帧同步方法100的一个实施例的流程图。图1所示的用于OFDM的帧同步方法100包括如下步骤101到106。

在步骤101中，根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列。

在本发明的一个实施例中，可以先将起始位置d设定为1，即d=1。在一个非限定实施例中，可以将待选取的数据相关窗长度设定为OFDM中的训练序列中的一个重复块长度的整倍数，如：两倍。例如：如果OFDM中的训练序列的一个重复块长度的长度K＝16，则可以设定相关窗长度为2×K=32。

这样，从接收到的OFDM信号中选取数据序列可以表示为：

u={r(d)，r(d)，…，r(d+2K-1)}。

在步骤102中，计算数据序列的前半部分与后半部分的相关值。

在本发明的一个实施例中，数据序列的前半部分与后半部分的相关值可以通过如下公式计算得到：

其中，γ(d)表示数据序列的前半部分与后半部分的相关值，*号表示取共轭。

在步骤103中，基于相关值和数据序列的能量计算定时度量的值。在一个非限定实施例中，可以分别计算出定时度量的分子系数的值和归一化因子的值，然后用分子系数的值除以归一化因子的值来得到定时度量的值。

在本发明的一个实施例中，可以将步骤102中得到的数据序列的能量与该数据序列的相关值γ(d)的绝对值的差值作为定时度量的归一化因子的值。

在一个非限定性实施例中，当步骤101中选取的数据序列的长度为OFDM中的训练序列中的一个重复块长度的两倍时，定时度量的归一化因子的值可以通过如下公式计算得到：

Λ_{p} (d) = (\frac{1}{2} Σ_{n = d - 2 K + 1}^{d} {| r (n) |}^{2}) - | γ (d) | .

在本发明的一个实施例中，可以将步骤102中得到的数据序列的相关值γ(d)的绝对值|γ(d)|作为定时度量的分子系数的值。

在本发明的一个实施例中，在计算出定时度量的归一化因子的值和分子系数的值以后，可以通过如下公式得到定时度量的值

在步骤104中，判断定时度量的值是否大于或等于预先设定的门限值。

在本发明的一个实施例中，该门限值可以设定为所允许的最大误检概率对应的门限值Th_f和所允许的最大漏检概率所对应的门限值Th_m区间内的任意值。

如果在步骤104中判定定时度量的值Γ(d)小于预先设定的门限值，则前进到步骤105。

如果在步骤104中判定定时度量的值大于或等于预先设定的门限值，则前进到步骤106。

在步骤105中，调整所述起始位置，直到用根据调整过后的起始位置选取的数据序列来计算的定时度量的值大于或等于所述门限值。

当定时度量的值小于预先设定的门限值时，则可以认为没有完成OFDM的帧同步，需要进一步进行帧同步。在本发明的一个实施例中，可以将起始位置调整为上一轮帧同步时的起始位置加1。例如：当上一轮同步时的起始位置d=1时，可以调整起始位置为d=2，然后返回步骤101并执行步骤101至104。进而根据新得到的定时度量的值Γ(d)与预先设定的门限值的比较结果，决定执行步骤105或106。

在步骤106中，判定并输出帧同步结果。当定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，则可以认为已经成功地完成了OFDM帧同步，就可以输出帧同步成功的提示信息。

图2所示为本发明的用于OFDM的帧同步装置200的一个实施例的示意性框图。帧同步装置200可以包括：数据序列选取模块201，用于根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列；相关值计算模块202，用于计算数据序列的前半部分与后半部分的相关值；定时度量计算模块203，用于基于相关值和数据序列的能量计算定时度量的值；以及结果判定与输出模块204，用于当定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果。

根据本发明的一个实施例，定时度量计算模块203可以进一步包括：归一化因子计算模块，用于根据数据序列的能量和相关值的差值计算定时度量的归一化因子；以及分子系数计算模块，用于根据数据序列的相关值计算定时度量的分子系数。

根据本发明的一个实施例，帧同步装置200还可以包括：用于当定时度量的值小于预先设定的门限值时，调整起始位置，直到用根据调整过后的起始位置选取的数据序列来计算的定时度量的值大于或等于门限值的模块。

与现有技术相比，用本发明的技术方案对接收到的OFDM数据进行帧同步时独立于频偏，在所允许的误检概率和漏检概率条件下，复杂信道下的门限可选范围较宽，易于设置。并且，本发明技术方案能够适用于各种具有重复结构的训练序列，实现的复杂度也不高。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims

1.一种用于OFDM的帧同步方法，其特征是，包括：

根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列；

计算所述数据序列的前半部分与后半部分的相关值；

基于所述相关值和所述数据序列的能量计算定时度量的值；以及

当所述定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果；

其中，所述基于所述相关值和所述数据序列的能量计算定时度量的值的步骤包括：

根据所述数据序列的能量和所述相关值的差值计算所述定时度量的归一化因子；以及

根据所述数据序列的相关值计算所述定时度量的分子系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述相关窗长度为所述OFDM中的训练序列中的一个重复块长度的整倍数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述能量为所述数据序列的总能量的一半。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括：当所述定时度量的值小于预先设定的门限值时，调整所述起始位置，直到用根据调整过后的起始位置选取的所述数据序列来计算的所述定时度量的值大于或等于所述门限值。

5.一种用于OFDM的帧同步装置，包括：

数据序列选取模块，用于根据预先设定的起始位置和相关窗长度，从接收到的信号中选取数据序列；

相关值计算模块，用于计算所述数据序列的前半部分与后半部分的相关值；

定时度量计算模块，用于基于所述相关值和所述数据序列的能量计算定时度量的值；以及

结果判定与输出模块，用于当所述定时度量的值大于或等于预先设定的门限值时，判定并输出帧同步结果；

其中，所述定时度量计算模块包括：

归一化因子计算模块，用于根据所述数据序列的能量和所述相关值的差值计算所述定时度量的归一化因子；以及

分子系数计算模块，用于根据所述数据序列的相关值计算所述定时度量的分子系数。

6.根据权利要求5所述的帧同步装置，其特征是，还包括：用于当所述定时度量的值小于预先设定的门限值时，调整所述起始位置，直到用根据调整过后的起始位置选取的所述数据序列来计算的所述定时度量的值大于或等于所述门限值的模块。

7.一种OFDM接收机，其特征是包括根据权利要求5或6所述的帧同步装置。