CN104092640A - 一种ofdm系统下定时误差估计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种OFDM系统下定时误差估计的方法，所述方法包括以下步骤：1)对接收的信号做符号定时粗同步；2)提取接收到的参考信号；3)利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP；4)利用PDP与定时误差的关系确定定时误差。该方法利用了OFDM系统中定时误差与无线信道PDP的关系，估计了定时误差，具有良好的抗噪性能，且复杂度低。

Description

一种OFDM系统下定时误差估计的方法

技术领域

本发明涉及一种OFDM系统下定时误差估计的方法。

背景技术

OFDM(正交频分复用)是目前最为流行的多载波通信技术，它很好的适用于频选宽带高速率通信场景。它具有高的频谱利用率，优良的抗ISI性能，灵活的资源分配能力，易于与多天线技术结合等等优势。它被广泛的应用于当今的无线通信中，成为多种通信标准采用的物理层关键技术，例如WIFI，WIMAX，LTE等等。

定时同步问题是影响OFDM系统性能的关键问题，定时同步方法大致可分为以下两种：一种是盲估计，例如利用OFDM固有的循环前缀来估计；另一种是基于训练序列的，例如LTE系统中的PPS、SSS信号。现有一些算法要么复杂度太高要么抗噪能力差，特别得，没有对小数倍定时偏差给予足够重视，对小数倍定时偏差的估计性能很差，而实际上准确估计小数倍定时偏差意义重大，小数倍的定时偏差造成的多径强度估计偏差最多可达3.9db，另外它对OFDM系统定位问题极其重要。

发明内容

提供一种OFDM系统下定时误差估计的方法，解决现有定时误差估计技术复杂度高抗噪能力差的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种OFDM系统下定时误差估计的方法，所述方法包括以下步骤：

1)对接收的信号做符号定时粗同步；

2)提取接收到的参考信号；

3)利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP；

4)利用PDP与定时误差的关系确定定时误差。

所述步骤1对接收信号做符号定时粗同步具体包括如下步骤：

101)利用基于循环前缀的或基于训练序列的符号定时粗同步技术，得到帧同步的同步头head；

102)根据所述同步头head向CP内推若干点，选取CP长度CPLength的四分之一，使得同步头落在循环前缀中，head＝head-cplength/4。

所述步骤2提取接收到的参考信号包括：

201)首先将同步后的基带数据去除CP，通过FFT转到频域，得到时频网格；

202)按照导频的时频位置在时频网格中提取包含了定时误差信息的参考信号R_k,t，k＝0,1,2...M-1M为参考信号占用载波数目,t为时间。

所述步骤3得到无线信道PDP包括：

301)将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到H_k,t，即CFR；

302)对CFR做M点IFFT得到h_n,t，n＝0,1,2...M-1，即CIR；

303)对若干时间上的CIR取模平方再平均得到无线信道PDP,即Snapshot为统计的CIR个数，要求统计的CIR在相干时间内。

所述步骤4确定定时误差包括：

401)确定PDP上第一径到原点的距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1；

402)分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,得到重新计算得到exhausttimes个PDP_n'；

403)判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP_n'原点值最大，既将第一径搬移至原点并抑制它的泄漏，此时N_i+N'_f下，PDP_n'原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f。

本发明的有益效果如下：

本发明利用了OFDM系统中定时误差与无线信道PDP的关系，估计了定时误差，与现有技术相比，具有良好的抗噪性能，且复杂度低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明系统流程图。

图2示出本发明确定同步头示意图。

图3示出本发明未补偿定时误差时无线信道PDP示意图。

图4示出本发明未补偿定时误差时接收数据星座图示意图。

图5示出本发明不同穷举误差下补偿后PDP原点强度示意图。

图6示出本发明补偿定时误差后无线信道PDP示意图。

图7示出本发明补偿定时误差后接收数据星座图示意图。

图8示出本发明定时误差估计归一化均方根误差随信噪比的变化示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种OFDM系统下定时误差估计的方法，如图1所示，包括以下步骤：

A、对接收信号做符号定时粗同步；

B、提取接收到的参考信号；

C、利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP(功率时延谱)；

D、利用PDP与定时误差的关系确定定时误差；

在步骤A中，首先对接收数据作符号定时粗同步，利用基于循环前缀的或基于训练序列的符号定时粗同步技术，得到同步头head；根据循环前缀CP长度适当的将基于粗同步算法得到的同步头向CP内推若干点，一般选取CP长度CPLength的四分之一，使得同步头落在循环前缀中，head＝head-cplength/4。

在步骤B中，首先将数据去除CP，通过FFT转到频域，然后根据时频资源结构，对位提取包含了定时误差信息的参考信号R_k,t，k＝0,1,2...M-1M为参考信号占用载波数目,t为时间。

在步骤C中，首先将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到H_k,t，即信道频率响应CFR；对CFR做M点IFFT得到h_n,t，n＝0,1,2...M-1，即信道冲击响应CIR；对若干时间上的CIR取模平方再平均得到无线信道PDP,即Snapshot为统计的CIR个数，要求统计的CIR在相干时间内。

在步骤D中，首先确定PDP上第一径到原点距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1，分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,既是重新计算得到exhausttimes个PDP_n'。判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP_n'原点值最大，既将第一径搬移至原点并抑制它的泄漏。N_i+N'_f下，PDP_n'原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f。由于单次补偿CFR再重新计算PDP的计算量很小，受限于穷举次数，穷举过程的复杂度较小。

下面以FDD-LTE系统为例，简述OFDM系统下定时误差的估计，其中带宽为20MHz，小区物理层ID为1，信道为平坦衰落信道：

步骤A1：使用本地PSS信号对接收到的基带数据做滑动相关，找到同步峰，确定同步头，head＝40930，如图2所示。

步骤A2：将同步头往CP里推cplength/4个点，保证同步头落在循环前缀中，head＝head-cplength/4＝40930-36＝40894。

步骤B1：去除CP，再通过FFT将数据转换至频域，得到时频网格。

步骤B2：根据LTE协议，从时频网格中提取接收到的参考信号R_k,t。

步骤C1：将接收到的参考信号点除本地参考信号得到CFR。

步骤C2：将CFR做IFFT得到CIR。

步骤C3：将多个CIR样本取平均后，取模再平方，得到无线信道的PDP，即 $\mathrm{PDP}\left(n\right)={|\underset{t=0}{\overset{\mathrm{snapshot}-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{n,t}/\mathrm{snapshot}|}^2.$

步骤D具体包括：

D1：首先确定PDP第一径到原点的距离，即整数倍误差，由图3可见N_i＝21，以0.1的精度穷举N_f,穷举次数为11，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1，N_f,n＝-0.5+n×0.1。

D2：分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上，重新计算得到11个PDP_n'，如图4所示。

D3：可见N_i+N_f,n＝21-0.5+4×0.1＝20.9时对应的PDP原点值最大，则定时误差为N_i+N'_f＝20.9，如图5所示。

图6为补偿定时误差后估计出的信道的PDP，可见主径非常陡峭，图7为补偿定时误差后的星座图，可见星座图几乎不扩散，十分集中，这些都表明定时误差被很好地消除了。

最后图8给出了穷举精度0.1下，对定时误差估计的均方根误差，可见其抗噪性十分优良。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种OFDM系统下定时误差估计的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)对接收的信号做符号定时粗同步；

2)提取接收到的参考信号；

3)利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP；

4)利用PDP与定时误差的关系确定定时误差。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下定时误差估计的方法，其特征在于，所述步骤1对接收信号做符号定时粗同步具体包括如下步骤：

101)利用基于循环前缀的或基于训练序列的符号定时粗同步技术，得到帧同步的同步头head；

102)根据所述同步头head向CP内推若干点，选取CP长度CPLength的四分之一，使得同步头落在循环前缀中，head＝head-cplength/4。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下定时误差估计的方法，其特征在于，所述步骤2提取接收到的参考信号包括：

201)首先将同步后的基带数据去除CP，通过FFT转到频域，得到时频网格；

202)按照导频的时频位置在时频网格中提取包含了定时误差信息的参考信号R_k,t，k＝0,1,2...M-1M为参考信号占用载波数目,t为时间。

4.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下定时误差估计的方法，其特征在于，所述步骤3得到无线信道PDP包括：

301)将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到H_k,t，即CFR；

302)对CFR做M点IFFT得到h_n,t，n＝0,1,2...M-1，即CIR；

303)对若干时间上的CIR取模平方再平均得到无线信道PDP,即Snapshot为统计的CIR个数，要求统计的CIR在相干时间内。

5.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下定时误差估计的方法，其特征在于，所述步骤4确定定时误差包括：

401)确定PDP上第一径到原点的距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1；

402)分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,得到重新计算得到exhausttimes个PDP_n'；

403)判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP_n'原点值最大，既将第一径搬移至原点并抑制它的泄漏，此时N_i+N'_f下，PDP_n'原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f。