CN104486286A - 一种连续子载波ofdma系统的上行帧同步方法 - Google Patents

Abstract

一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，涉及无线通信技术，包括：S1.分别对各个用户形成对应的同步头信号，在时域上，同步头信号位于数据信号前面，二者共同组成发送帧信号；S2.接收端从接收到的信号中提取到不同用户的同步头信号，通过互相关运算和本地自相关运算，计算出各个用户上行帧起始位置；S3.通过各个用户上行帧起始位置，给对应各个用户发送时间调整量信息，使各个用户上行帧起始位置达到一致。本发明保证上行帧时间同步，实现复杂度较低，受频偏影响很小，准确性高。

Description

一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体来讲是一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法。

背景技术

对于OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)系统，其下行链路类似于传统的OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)广播方式，可以采用传统的OFDM同步技术，技术相对成熟。而对于上行OFDMA链路，由于每个接收OFDM符号承载了多个用户的信息，而且每个用户的定时和频率偏差都不一样，因此在局端准确地找到某个用户在一帧数据中的起始位置，就比较困难。

目前已有的方案大都采用交织子载波分配的方式，即把具有相等间隔的一组子载波分配各一个用户，利用频率分集来克服不同用户时间、频率不同造成的影响。但该方法由于子载波分配相对复杂，实现复杂度相对于连续子载波分配方式较高。而针对连续子载波分配的OFDMA上行帧同步方式目前还较少有文献涉及，且已有方案受不同用户的频偏影响较大，当频偏较大时，准确性大大降低。

如图1所示，为M个用户对应1个局端的上行传输系统框图。上行M个用户分别调制自己的数据，经过OFDM调制到对应子载波上，添加同步头信号，在发送帧产生器中组成发送帧信号，发送帧信号经过数模转换器(DAC)转为模拟信号，然后由射频发射器经过信道发送给局端射频接收器，射频接收器将接收到的M个用户数据经过模数转换器(ADC)转为数字信号，并经由数字信号处理器进行OFDM解调。由于每个用户经过的传输路径不同，因此到达局端的时间是不同步的，这样会影响OFDM信号的正交性，从而导致性能恶化。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，保证上行帧时间同步，实现复杂度较低，受频偏影响很小，准确性高。

为达到以上目的，本发明采取一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，包括步骤：S1.分别对各个用户形成对应的同步头信号，在时域上，同步头信号位于数据信号前面，二者共同组成发送帧信号；S2.接收端从接收到的信号中提取到不同用户的同步头信号，通过互相关运算和本地自相关运算，计算出各个用户上行帧起始位置；S3.通过各个用户上行帧起始位置，给对应各个用户发送时间调整量信息，使各个用户上行帧起始位置达到一致。

在上述技术方案的基础上，所述同步头信号在频域上，同步头信号所占带宽为数据信号所占带宽的一般。

在上述技术方案的基础上，步骤S1中同步头信号产生方式为：产生三组长度为N_K/2的伪随机序列其中N为整个频带子载波个数，且N≥1，N_K为第k个用户子载波个数，且k≥1；将三组伪随机序列分别经过BPSK调制，得到取值为±1的信号通过得到信号a_k和b_k；再对信号a_k和b_k分别做N_K/2点的快速傅里叶变换后，分别经过填零得到长度为N_K的信号C_k和D_k，将信号C_k和D_k放置在第k个用户分配的N_K个子载波上，其它子载波位置填0后，分别做点数为N的快速傅里叶逆变换，得到信号e_k和f_k；第k个用户的同步头信号S_k＝[e_k f_k]，局端接收机需要存在本地的信号

在上述技术方案的基础上，所述长度为N_K的信号C_k和D_k符合

在上述技术方案的基础上，步骤S2中，设接收端收到的信号为r(n)，n＝1,2,…，对于第k个用户，下采样变量值N_down，k＝2N/N_K，其中N为整个频带子载波个数，帧同步算法如下：

S201.将接收到的信号移频到基带，再经过通带带宽为N_K/N的低通滤波器后，得到输出信号n＝1,2,…；

S202.取的向后的2N点，分别作为信号和 $r_{1a,n}^k=[r_1^k\left(n\right)r_1^k(n+1)...r_1^k(n+N-1)],$ $r_{1b,n}^k=[r_1^k(N+n)r_1^k(N+$ $+1+n)...r_1^k(n+2N)],$ 其中N为整个频带子载波个数，且N≥1；

S203.将和经过N_down，k倍的下采样，得到点数为N_K/2的信号和

S204.将信号和共轭相乘得到互相关信号 其中conj(·)表示共轭；

S205.将信号点乘局端本地存储的信号l_k得到本地相关信号 $r_{3,n}^k=r_{2,n}^k\·l_k;$

S206.计算信号的能量mm为从1到N_K/2的整数；

S207.通过其中为使得最大的n值，即为第k个用户的帧起始位置。

在上述技术方案的基础上，步骤S203中，和经过N_{down， k}倍的下采样，即每隔N_down，k个点取一个值。

本发明的有益效果在于：每个用户发送的帧同步头信号具有频域带通特性，各个用户的帧同步互不干扰。接收端通过互相关运算和本地自相关运算，计算出各个上行用户的帧起始位置，相对于交织子载波分配的OFDMA系统，计算复杂度低；由于采用了本地相关加互相关的算法，互相关可以消除频偏对本地相关算法的影响，因此几乎不受任何频偏影响，鲁棒性高。

附图说明

图1为背景技术中M个用户对应1个局端的上行传输系统框图；

图2为本发明M个用户上行发送帧信号的时域帧结构示意图；

图3为本发明M个用户上行发送帧信号对应的频谱图；

图4为本发明同步头信号产生算法框图；

图5为本发明帧同步算法框图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，包括步骤：

S1.对传统的OFDM同步头信号乘以了两组不同伪随机序列，这样可在接收端采用本地相关加互相关的算法计算帧起始位置；同时采用频谱压缩和移频的方式，分别对各个用户形成对应的同步头信号，用于计算各个用户对应的帧起始位置。

如图2所示，是M个用户上行发送帧信号的时域帧结构示意图，可以看出，在时域上，同步头信号位于数据信号前面，二者共同组成发送帧信号。如图3所示，是M个用户上行发送帧信号对应的频谱图，可以看出在频域上，第k个用户的中心频点用f_k表示，同步头信号所占带宽为数据信号所占带宽的一半，这样保证用户在发起帧同步请求时，不会干扰到临近频带用户。

S2.接收端接收到的信号(包含各个用户的同步头信号、噪声以及各个用户的数据信号等混在一起的信号)通过移频进入低通滤波器，提取到不同用户的同步头信号，然后对各个用户的同步头信号，采用互相关运算和本地自相关运算结合的方式，消除了频偏对计算帧起始位置的影响，准确地计算出各个用户上行帧起始位置。

S3.通过各个用户上行帧起始位置，给对应各个用户发送时间调整量信息，并对各个用户进行时间调整，消除了各用户上行帧始位置不同引起的子载波间干扰和符号间干扰，使各个用户上行帧起始位置达到一致，即上行帧同步。

如图4所示，步骤S1中同步头信号产生的具体方式为：

S101.发送端通过PN序列产生器产生三组长度为N_K/2的伪随机(PN)序列其中N为整个频带子载波个数，N≥1，N_K为第k个用户子载波个数，且k≥1。

S102.将三组伪随机序列分别经过BPSK(Binary Phase ShiftKeying，二相相移键控)调制，得到取值为±1的信号

S103.通过 $a_k=x_k^2\·y_k^2,b_k=x_k^2\·z_k^2,$ 计算得到信号a_k和b_k。

S104.对信号a_k和b_k分别做N_K/2点的快速傅里叶变换后，得到信号A_k和B_k。

S105.将信号A_k和B_k分别经过填零得到长度为N_K的信号C_k和D_k，其中即，在A_k和B_k两边，填充与下标个数相同个0，组成两个新的信号。

S106.将信号C_k和D_k放置在第k个用户分配的N_K个子载波上，其它子载波位置填0后，得到长度为N的信号E_k和F_k。

S107.对信号E_k和F_k分别做点数为N的快速傅里叶逆变换(IFFT)，得到信号e_k和f_k。

S108.第k个用户的同步头信号S_k＝[e_k f_k]，局端接收机需要存在本地的信号

如图5所示，步骤S2中，设接收端收到的信号为r(n)，n＝1,2,…，对于第k个用户，下采样变量值N_down，k＝2N/N_K，其中N为整个频带子载波个数，帧同步详细算法如下：

S201.将接收到的信号移频到基带，再经过通带带宽为N_K/N的低通滤波器后，得到输出信号n＝1,2,…。

S202.取的向后的2N点，分别作为信号和 $r_{1a,n}^k=[r_1^k\left(n\right)r_1^k(n+1)...r_1^k(n+N-1)],$ $r_{1b,n}^k=[r_1^k(N+n)r_1^k(N+$ $+1+n)...r_1^k(n+2N)],$ 其中N≥1，k≥1。

S203.将和经过N_down，k倍的下采样，即每隔N_down，k个点取一个值，得到点数为N_K/2的信号和

S204.将信号和共轭相乘得到互相关信号 其中conj(·)表示共轭。

S205.将信号点乘局端本地存储的信号l_k得到本地相关信号 $r_{3,n}^k=r_{2,n}^k\·l_k.$

S206.计算信号的能量mm为从1到N_K/2的整数。

S207.通过其中为使得最大的n值，即为第k个用户的帧起始位置。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于，包括步骤：

S1.分别对各个用户形成对应的同步头信号，在时域上，同步头信号位于数据信号前面，二者共同组成发送帧信号；

S2.接收端从接收到的信号中提取到不同用户的同步头信号，通过互相关运算和本地自相关运算，计算出各个用户上行帧起始位置；

S3.通过各个用户上行帧起始位置，给对应各个用户发送时间调整量信息，使各个用户上行帧起始位置达到一致。

2.如权利要求1所述的连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于：所述同步头信号在频域上，同步头信号所占带宽为数据信号所占带宽的一般。

3.如权利要求1所述的连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于，步骤S1中同步头信号产生方式为：产生三组长度为N_K/2的伪随机序列其中N为整个频带子载波个数，且N≥1，N_K为第k个用户子载波个数，且k≥1；将三组伪随机序列分别经过BPSK调制，得到取值为±1的信号通过得到信号a_k和b_k；再对信号a_k和b_k分别做N_K/2点的快速傅里叶变换后，分别经过填零得到长度为N_K的信号C_k和D_k，将信号C_k和D_k放置在第k个用户分配的N_K个子载波上，其它子载波位置填0后，分别做点数为N的快速傅里叶逆变换，得到信号e_k和f_k；第k个用户的同步头信号S_k＝[e_kf_k]，局端接收机需要存在本地的信号

4.如权利要求3所述的连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于：所述长度为N_K的信号C_k和D_k符合

5.如权利要求1所述的连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于，步骤S2中，设接收端收到的信号为r(n)，n＝1,2,…，对于第k个用户，下采样变量值N_down，k＝2N/N_K，其中N为整个频带子载波个数，帧同步算法如下：

S201.将接收到的信号移频到基带，再经过通带带宽为N_K/N的低通滤波器后，得到输出信号n＝1,2,…；

S202.取的向后的2N点，分别作为信号和 $r_{1a,n}^k=[r_1^k\left(n\right)r_1^k(n+1)...r_1^k(n+N-1)],$ $r_{1b,n}^k=[r_1^k(N+n)r_1^k(N+$ $+1+n)...r_1^k(n+2M)],$ 其中N为整个频带子载波个数，且N≥1；

S203.将和经过N_down，k倍的下采样，得到点数为N_K/2的信号和

S204.将信号和共轭相乘得到互相关信号 其中conj(·)表示共轭；

S205.将信号点乘局端本地存储的信号l_k得到本地相关信号 $r_{3,n}^k=r_{2,n}^k\·l_k;$

S206.计算信号的能量mm为从1到N_K/2的整数；

S207.通过其中为使得最大的n值，即为第k个用户的帧起始位置。

6.如权利要求5所述的连续子载波OFDMA系统的上行帧同步方法，其特征在于：步骤S203中，和经过N_down，k倍的下采样，即每隔N_down，k个点取一个值。