CN104270333B

CN104270333B - 产生ofdm同步训练序列的方法及ofdm同步方法

Info

Publication number: CN104270333B
Application number: CN201410511909.3A
Authority: CN
Inventors: 邵怀宗; 李洋; 杨帆; 陈超群; 潘晔
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: CN104270333A

Abstract

本发明涉及一种产生OFDM同步训练序列的方法及OFDM同步方法。该产生OFDM同步训练序列的方法包括：根据OFDM的子载波数生成同步训练序列的第一子序列；对第一子序列取共轭对称得到同步训练序列的第二子序列；对第一子序列的取共轭得到同步训练序列的第三子序列；对第二子序列取共轭得到同步训练序列的第四子序列；以及将第一子序列、第二子序列、第三子序列和第四子序列依次连接在一起得到同步训练序列。

Description

产生OFDM同步训练序列的方法及OFDM同步方法

技术领域

本发明涉及OFDM技术领域，尤其涉及一种产生OFDM同步训练序列的方法及OFDM同步方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波传输技术，其被广泛运用到数字音频广播、无线局域网等无线通信系统中。

OFDM通信技术对同步误差十分敏感，当出现载波频偏和定时误差时，会造成载波间干扰（Inter-Carrier-Interference，ICI）和码间干扰（Inter-Symbol-Interference，ISI），严重影响整体性能。

为了消除载波频偏和定时误差，现有技术通常在每一帧OFDM发射数据的前面添加同步训练序列。由于同步训练序列在结构和内容上进行了特殊的设计，就有利于OFDM接收机通过接收并检测该同步训练序列的方法来消除载波频偏和定时误差。

然而，现有的产生OFDM同步训练序列的方法以及与之相对应的OFDM同步方法，存在定时同步精度不高、抗多径干扰能力较差以及对频偏的整数部分的估算复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生OFDM同步训练序列的方法以及针对该OFDM同步训练序列的OFDM同步方法，以提高同步精度，增强抗多径干扰能力，并能够方便地估算频偏的整数部分。

本发明的一个实施例提供了一种产生OFDM同步训练序列的方法，包括：包括：根据OFDM的子载波数生成同步训练序列的第一子序列；对第一子序列取共轭对称得到同步训练序列的第二子序列；对第一子序列的取共轭得到同步训练序列的第三子序列；对第二子序列取共轭得到同步训练序列的第四子序列；以及将第一子序列、第二子序列、第三子序列和第四子序列依次连接在一起得到同步训练序列。

本发明另一个实施例提供了一种OFDM同步方法，包括：根据预先设定的序列长度和起始位置，从接收到的数据中选取接收序列；将接收序列分为四段，应用预先设定的权重因子计算接收序列的第一段与第三段的加权的相关值和接收序列的第二段与第四段的加权的相关值；根据加权的相关值和接收序列的能量计算得到度量函数值；以及当度量函数值超过预先设定的门限时，将起始位置确定为初始的定时同步位置。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为本发明的产生OFDM同步训练序列的方法的一个实施例的流程示意图；

图2所示为通过本发明的产生OFDM同步训练序列的方法产生的OFDM同步序列的结构示意图；

图3所示为本发明的OFDM同步方法的一个实施例的流程示意图；

图4所示为本发明的OFDM同步方法的另一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

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。

参考图1，图1所示为本发明的产生OFDM同步训练序列的方法的一个实施例100的流程示意图。

如图1所示，在步骤101中，根据OFDM的子载波数生成同步训练序列的第一子序列。

在本发明的一个实施例中，当OFDM的子载波数为时，可以将第一子序列的长度确定为。

在本发明的一个实施例中，可以将定为可被4整除的数。

在本发明的一个实施例中，第一子序列的内容可以基于恒包络零自相关序列来生成。

在本发明的一个实施例中，可以采用如下的公式（1）来产生恒包络零自相关序列作为第一子序列的内容：

（1）

其中，与互质，为圆周率，表示以自然常数e为底的指数函数，表示虚数单位。

在本发明的另一个实施例中，还可以基于如下的对公式（1）进行改进以后的公式（2）来产生恒包络零自相关序列作为第一子序列的内容：

（2）

相对于采用公式（1）的恒包络零自相关序列而言，采用公式（2）的恒包络零自相关序列在进行OFDM同步时的定时同步精度高，对频偏的整数部分的估算范围也更大。

在步骤102中，对第一子序列取共轭对称得到同步训练序列的第二子序列。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式（3）来对通过公式（2）得到的第一子序列取共轭对称以得到同步训练序列的第二子序列。

（3）

在步骤103中，对第一子序列的取共轭得到同步训练序列的第三子序列。

对步骤101中得到的第一子序列取共轭，就可以得到第三子序列。

在步骤104中，对第二子序列取共轭得到同步训练序列的第四子序列。

对步骤102中得到的第二子序列取共轭，就可以得到第四子序列。

在步骤105中，将第一子序列、第二子序列、第三子序列和第四子序列依次连接在一起得到同步训练序列。

参考图2，图2所示为通过本发明的产生OFDM同步训练序列的方法产生的OFDM同步序列的结构示意图。将第一子序列、第二子序列、第三子序列和第四子序列按照图2所示的顺序依次连接在一起，就可以得到用于OFDM的同步训练序列。

在本发明的一个实施例中，还可以在第一子序列的前面附加一个循环前缀。循环前缀的长度可以预先设定，其内容可以取同步训练序列的最后若干个采样点。例如，当循环前缀的长度被预先设定为时，可以取同步训练序列的最后个采样点的值作为循环前缀。

至此描述了根据本发明实施例的产生OFDM同步训练序列的方法。根据本发明的方法所产生的OFDM同步训练序列，具有较低的峰均比，抗多径干扰能力较强。

由于本发明实施例所披露的产生OFDM同步训练序列的方法所产生的OFDM同步训练序列包含有四个子序列，且这四个字序列具有相互共轭或相互共轭对称的特点，因此，针对该结构的OFDM同步训练序列，本发明实施例还披露了对该方法产生的OFDM同步训练序列进行同步的方法。

参考图3，图3所示为本发明的OFDM同步方法的一个实施例300的流程示意图。

在步骤301中，根据预先设定的序列长度和起始位置，从接收到的数据中选取接收序列。

在本发明的一个实施例中，可以将序列长度设定为与OFDM的子载波数相等，起始位置可以设定于接收到的数据中的第一个点。即：从接收到的OFDM数据中的第一个点开始，选取一段长度为的数据作为接收序列。

在步骤302中，将接收序列分为四段，应用预先设定的权重因子计算接收序列的第一段与第三段的加权的相关值和接收序列的第二段与第四段的加权的相关值。

在本发明的一个实施例中，步骤302可以进一步包含如下步骤：

首先，可以根据如下公式（4）设定权重因子。

（4）

其中，为权重因子的值，为OFDM子载波数，为圆周率，表示以自然常数e为底的指数函数。

然后，可以根据如下公式（5）计算接收序列的第一段与第三段的加权的相关值：

。（5）

并可以根据如下公式（6）计算接收序列的第二段与第四段的加权的相关值。

（6）

其中，为接收序列的值，为取共轭的值，为权重因子，为取共轭的值，为起始位置。

在步骤303中，根据加权的相关值和接收序列的能量计算得到度量函数值。

在本发明的一个实施例中，可以根据如下公式（7）计算度量函数值。

（7）

其中，可以为接收序列的能量的一半。

在步骤304中，当度量函数值超过预先设定的门限时，将起始位置确定为初始的定时同步位置。

当步骤303计算得到的度量函数的值超过预先设定的门限时，可以将该度量函数对应的起始位置确定为初始的定时同步位置。

当步骤303计算得到的度量函数的值未超过预先设定的门限时，可以调整起始位置，例如，将赋值为，并返回步骤301，重新执行步骤301至304，直至某一个起始位置的接收序列的度量函数值超过预先设定的门限值。

参考图4，图4所示为本发明的OFDM同步方法的另一个实施例400的流程示意图。

本实施例中的步骤401至403与实施例300中的步骤301至303类似，这里不再赘述。

本实施例中的步骤404与406合在一起与实施例300中的步骤304类似，这里不再赘述。步骤405在实施例300中的步骤304中也有描述，这里不再赘述。

在步骤407中，自初始的定时同步位置开始，调整起始位置以选取多个位于初始的定时同步位置之后的序列。

在本发明的一个实施例中，可以以1为步长，通过对初始的定时同步位置逐次加1的办法来选取多个位于初始的定时同步位置之后的序列。这些序列的长度可以与OFDM子载波数相等。

在步骤408中，在多个位于初始的定时同步位置之后的序列中，将度量函数值最大的序列所对应的起始位置确定为最终的定时同步位置。

在本发明的一个实施例中，可以用步骤402至403的方法，对每一个位于初始的定时同步位置之后的序列计算其度量函数值，并将度量函数值最大的序列的所对应的起始位置确定为最终的定时同步位置。这样就可以完成对OFDM的精确的定时同步。

在步骤409中，计算每个位于初始的定时同步位置之后的序列与OFDM同步训练序列中除循环前缀外的其余四个子序列的互相关值，得到四个互相关值向量。

在本发明的一个实施例中，可以利用如下公式（8）至（11）来计算每个序列与OFDM同步训练序列中除循环前缀外的其余四个子序列的互相关值。

（8）

（9）

（10）

（11）

其中，表示位于初始的定时同步位置之后的序列的值，表示位于初始的定时同步位置之后的序列与同步训练序列中的第一子序列的互相关值。表示位于初始的定时同步位置之后的序列与同步训练序列中的第二子序列的互相关值。表示位于初始的定时同步位置之后的序列与同步训练序列中的第三子序列的互相关值。表示位于初始的定时同步位置之后的序列与同步训练序列中的第四子序列的互相关值。表示第一子序列，表示第二子序列。

对于而言，对应于不同的起始位置可以得到多个的值，进而可以将这些值看作一个向量。同样，对、和也一样。

在步骤410中，分别在四个互相关值向量中的每一组中，找出最大互相关值。

在步骤409计算得到的值向量中，找到最大的所对应的序列的起始位置。

类似地，对于、和向量，也可以分别找到其最大值、和所对应的序列的起始位置、和。

在步骤411中，根据最大互相关值计算OFDM频偏的整数部分。

在本发明的一个实施例中，OFDM的归一化频偏的整数部分的值可以通过如下公式（12）计算得到。

（12）

在步骤412中，计算OFDM频偏的小数部分并将其与OFDM频偏的整数部分相加得到总频偏。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式（13）计算OFDM的归一化频偏的小数部分的值。

（13）

其中，为OFDM频偏的小数部分的值，表示求角度值，，表示最终的定时同步位置。

总频偏。

至此描述了根据本发明实施例的OFDM同步方法，该方法与本发明披露的产生OFDM同步训练序列的方法相配套使用，针对通过该同步序列产生方法所生成的同步训练序列进行OFDM定时同步和频率同步。

本发明实施例的OFDM同步方法能够有效地消除现有定时同步算法的平台效应，保证了们的定时度量函数曲线具有尖锐的峰值且没有旁瓣的影响，提高了定时同步精度。该方法还能够估算OFDM频偏的整数部分，且对频偏的整数部分得估算不受对频偏的小数部分的估算精度的影响。

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

1.一种产生OFDM同步训练序列的方法，其特征是，包括：

根据OFDM的子载波数生成所述同步训练序列的第一子序列；

对所述第一子序列取共轭对称得到所述同步训练序列的第二子序列；

对所述第一子序列取共轭得到所述同步训练序列的第三子序列；

对所述第二子序列取共轭得到所述同步训练序列的第四子序列；以及

将所述第一子序列、第二子序列、第三子序列和第四子序列依次连接在一起得到所述同步训练序列；

其中，所述第一子序列基于恒包络零自相关序列生成；

所述第一子序列根据如下公式产生：

其中，A为所述第一子序列的值，N为所述子载波数，π为圆周率，

exp()表示以自然常数e为底的指数函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括：

根据预先设定的长度，取所述同步训练序列的最后若干个采样点作为循环前缀，附加于所述第一子序列的前面。

3.一种OFDM同步方法，其特征是，包括：

根据预先设定的序列长度和起始位置，从接收到的数据中选取接收序列；

将所述接收序列分为四段，应用预先设定的权重因子计算所述接收序列的第一段与第三段的加权的相关值和所述接收序列的第二段与第四段的加权的相关值；

根据所述加权的相关值和所述接收序列的能量计算得到度量函数值；

以及

当所述度量函数值超过预先设定的门限时，将所述起始位置确定为初始的定时同步位置；

其中，所述将所述接收序列分为四段，计算所述接收序列的第一段与第三段的加权的相关值和所述接收序列的第二段与第四段的加权的相关值的步骤进一步包括：

根据如下公式设定权重因子：

其中，v(k)为所述权重因子的值，N为OFDM子载波数，π为圆周率，exp()表示以自然常数e为底的指数函数；

根据如下公式计算所述第一段与第三段的加权的相关值：

以及

根据如下公式计算所述第二段与第四段的加权的相关值：

其中，r()为所述接收序列的值，r^*()为r()取共轭的值，v()为所述权重因子，v^*()为v()取共轭的值，d为所述起始位置；

所述根据所述加权的相关值和所述接收序列的能量计算得到度量函数值的步骤进一步包括：

根据如下公式计算所述度量函数值：

其中，R()为所述接收序列的能量的一半。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，还包括：

自所述初始的定时同步位置开始，调整所述起始位置以选取多个位于初始的定时同步位置之后的序列；以及

在所述多个位于初始的定时同步位置之后的序列中，将所述度量函数值最大的序列所对应的所述起始位置确定为最终的定时同步位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，还包括：

计算每个所述位于初始的定时同步位置之后的序列与OFDM同步训练序列中除循环前缀外的其余四个子序列的互相关值，得到四个互相关值向量；

分别在所述四个互相关值向量中的每一组中，找出最大互相关值；以及

根据所述最大互相关值计算OFDM频偏的整数部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，还包括：

计算OFDM频偏的小数部分并将其与所述OFDM频偏的整数部分相加得到总频偏。