CN104901918A - 基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法及同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法及同步方法，该基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法包括：Chirp信号产生步骤、训练序列产生步骤以及数据序列产生步骤。该同步方法包括：序列选取步骤、第一阶数的分数阶傅里叶变换步骤、第二阶数的分数阶傅里叶变换步骤以及时频同步步骤。

Description

基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法及同步方法

技术领域

本发明涉及OFDM技术领域，尤其涉及基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法及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训练序列。由于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。

Chirp信号也叫做线性调频信号，在一个周期内，其载频呈线性变化。Chirp信号具有良好的脉冲压缩特性。

因此，现有的一种产生OFDM数据序列的方法是直接将Chirp信号添加在每一帧OFDM发射数据的前面以产生OFDM数据序列。相应地，当接收端对这样的OFDM信号进行同步时，则利用该Chirp信号的匹配滤波器来检测其相关峰以完成OFDM同步。

但是，上述的产生OFDM数据序列的方法以及与之相对应的OFDM同步方法，存在如下技术问题：

1)匹配滤波器的一些参数可能存在偏差，从而导致同步效果不佳；

2)在有频偏影响的情况下，定时同步位置的估计值的均方误差值会变差；

3)在多径信道环境下，定时同步位置的估计值的均方误差值较大。

发明内容

本发明的目的在于提供基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法及相应的OFDM同步方法。

本发明的一个实施例提供了一种基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法，包括：Chirp信号产生步骤：根据第一调频率产生第一Chirp信号并根据第二调频率产生第二Chirp信号；训练序列产生步骤：将第一Chirp信号与第二Chirp信号相叠加得到训练序列；以及数据序列产生步骤：基于训练序列得到OFDM数据序列；其中，第一调频率与第二调频率不相等。

本发明的另一个实施例提供了一种OFDM同步方法，包括：序列选取步骤：根据预先设定的序列长度和起点，从接收到的数据中选取接收序列；第一阶数的分数阶傅里叶变换步骤：对接收序列做第一阶数的分数阶傅里叶变换得到第一变换序列；第二阶数的分数阶傅里叶变换步骤：当第一变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，对接收序列做第二阶数的分数阶傅里叶变换得到第二变换序列；以及时频同步步骤：当第二变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，根据第一变换序列中的最大值和第二变换序列中的最大值计算时频同步值以完成OFDM时频同步。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：

图1所示为本发明的基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法的一个实施例的流程图；

图2所示为图1所示方法中的步骤103的一个实施例的示意图；

图3所示为本发明的OFDM同步方法的一个实施例的流程图；

图4为图3所示方法中的步骤304的一个实施例的流程图。

在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

参考图1，图1所示为本发明的基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法的一个实施例100的流程图。图1所示的实施例100可以包含如下步骤101至103。

在步骤101中，根据第一调频率产生第一Chirp信号并根据第二调频率产生第二Chirp信号。

在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式(1)得到第一Chirp信号c₁(n)。

其中，a₁(t)是第一Chirp信号的幅度，ω₁是第一Chirp信号的中心频率，μ₁是第一调频率，T是第一Chirp信号的持续时间即时宽，T_s是对连续的第一Chirp信号c₁(t)进行采样得到离散的第一Chirp信号c₁(n)时的采样频率。N是离散的第一Chirp信号的长度，其可以等于OFDM子载波数。

类似地，在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式(2)得到第二Chirp信号c₂(n)。

其中，a₂(t)是第二Chirp信号的幅度，ω₂是第二Chirp信号的中心频率，μ₂是第二调频率，T是第二Chirp信号的持续时间即时宽，T_s是对连续的第二Chirp信号c₂(t)进行采样得到离散的第二Chirp信号c₂(n)时的采样频率。N是离散的第二Chirp信号的长度，其可以等于OFDM子载波数。

需要说明的是，第一调频率与第二调频率是不相等的，比如，第一调频率与第二调频率之间的关系可以是μ₁＝-μ₂。至于第一Chirp信号和第二Chirp信号其他的参数，如：信号的幅度、中心频率等，既可以相等，也可以不相等。

在步骤102中，将第一Chirp信号与第二Chirp信号相叠加得到训练序列。

在本发明的一个实施例中，可以直接将第一Chirp信号和第二Chirp信号相加得到训练序列c(n)＝c₁(n)+c₂(n)。

在步骤103中，基于训练序列得到OFDM数据序列。

在本发明的一个实施例中，可以将训练序列c(n)叠加到OFDM符号序列上，得到OFDM数据序列。具体来说，参考图2，可以将训练序列c(n)叠加到OFDM符号序列中与训练序列的长度相等的一段子序列(OFDM)₁上，得到OFDM数据序列，即：将c(n)与(OFDM)₁的值对应相加。

在本发明的另一个实施例中，也可以将训练序列c(n)置于OFDM符号序列之前，得到OFDM数据序列。比如：将c(n)置于图2中的符号序列(OFDM)₁之前。

至此描述了根据本发明实施例的基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法。

针对上述的基于Chirp信号产生OFDM数据序列，本发明还提供了OFDM同步方法。

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的流程图。实施例300可以包含如下步骤301至304。

在步骤301中，根据预先设定的序列长度和起点，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，预先设定的序列长度可以等于OFDM子载波数，初始的起点可以从接收到的第一个数据点开始，起点的位置还可以在下面描述的步骤中被调整。即：可以从起点开始，选取长度等于OFDM子载波数的数据作为接收序列。

在步骤302中，对接收序列做第一阶数的分数阶傅里叶变换得到第一变换序列。

在本发明的一个实施例中，第一阶数可以等于上述的第一Chirp信号的最优分数阶。具体来说，第一阶数其中，atan(-1/μ₁)表示-1/μ₁的反正切值。

接收序列经过第一阶数的分数阶傅里叶变换后得到的序列被称作第一变换序列。

在步骤303中，当第一变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，对接收序列做第二阶数的分数阶傅里叶变换得到第二变换序列。

在本发明的一个实施例中，第二阶数可以等于上述的第二Chirp信号的最优分数阶。具体来说，第二阶数其中，atan(-1/μ₂)表示-1/μ₂的反正切值。

接收序列经过第二阶数的分数阶傅里叶变换后得到的序列被称作第二变换序列。

在本发明的一个实施例中，若第一变换序列中的最大值未超过预先设定的门限值，则可以调整起点位置，比如：将起点的位置向后挪动一位，然后返回步骤301，根据调整后的起点位置重新选取接收序列，直至新选取的接收序列的第一变换序列中的最大值超过预先设定的门限值。

在步骤304中，当第二变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，根据第一变换序列中的最大值和第二变换序列中的最大值计算时频同步值以完成OFDM时频同步。

参考图4，图4为步骤304的一个实施例的流程图。在本发明的一个实施例中，步骤304可以包含如下子步骤401至405。

在子步骤401中，根据第一变换序列中的最大值在第一变换序列中的位置计算第一差值。

在本发明的一个实施例中，可以采用如下公式(3)计算第一差值。

d₁＝l₁-N/2          (3)

其中，d₁为第一差值，l₁为第一变换序列中的最大值在第一变换序列中的位置，N为预先设定的序列长度。

第一差值可以用于表示第一阶数的分数阶傅里叶变换的峰值位置与接收序列长度的一半的差。

在子步骤402中，根据第二变换序列中的最大值在第二变换序列中的位置计算第二差值。

在本发明的一个实施例中，可以采用如下公式(4)计算第二差值。

d₂＝l₂-N/2         (4)

其中，d₂为第二差值，l₂为第二变换序列中的最大值在第二变换序列中的位置，N为预先设定的序列长度。

第二差值可以用于表示第二阶数的分数阶傅里叶变换的峰值位置与接收序列长度的一半的差。

在子步骤403中，根据第一Chirp信号的第一调频率计算时频轴的第一旋转角度。

在本发明的一个实施例中，可以根据如下公式(5)计算时频轴的第一旋转角度。

α＝P₁·π/2        (5)

其中，α为时频轴的第一旋转角度，P₁为第一阶数，π为圆周率。

在子步骤404中，根据第二Chirp信号的第二调频率计算时频轴的第二旋转角度。

在本发明的一个实施例中，可以根据如下公式(5)计算时频轴的第二旋转角度。

β＝P₂·π/2      (6)

其中，β为时频轴的第二旋转角度，P₂为第二阶数。

在子步骤405中，根据第一旋转角度、第二旋转角度、第一差值和第二差值计算时频同步值。

在本发明的一个实施例中，可以先根据如下公式(7)计算时延，然后对时延取整数得到时频同步值中的定时同步值。

${{\hat{n}}_0}^{\′}=\frac{d_{1}sin\mathrm{\β}-d_{2}sin\mathrm{\α}}{sin(\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}---\left(7\right)$

在本发明的一个实施例中，可以根据如下公式(8)计算时频同步值中的频移。

${\hat{n}}_1=\frac{d_{1}cos\mathrm{\β}-d_{2}cos\mathrm{\α}}{sin(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})}---\left(8\right)$

其中，为时延，d₁为第一差值，d₂为第二差值，α为第一旋转角度，β为第二旋转角度，为频移。

在本发明的一个实施例中，当第二变换序列中的最大值未超过预先设定的门限值时，则可以调整起点位置，比如：将起点的位置向后挪动一位，然后返回步骤301，根据调整后的起点位置重新选取接收序列，直至新选取的接收序列的第一变换序列中的最大值超过预先设定的门限值且第二变换序列中的最大值超过预先设定的门限值，即：循环反复执行步骤301至304，直至第一变换序列中的最大值超过预先设定的门限值且第二变换序列中的最大值超过预先设定的门限值。

此外，需要说明的是，步骤303和步骤304中提及的预先设定的门限值，可以预先设定成相同的值，也可以预先设定成两个不同的值。

至此描述了根据本发明实施例的OFDM同步方法。

本发明提出的基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法，由于将同步训练序列直接叠加于OFDM符号序列上，具有较高的传输效率。相应的OFDM同步方法，抗多径干扰能力较强，在有频偏影响的情况下，定时估计的均方误差值波动范围较小，并且，由于不使用匹配滤波器，因此可以解决由于匹配滤波器的参数偏差引起的定时同步精度不高的问题。

Claims (9)

1.基于Chirp信号产生OFDM数据序列的方法，其特征是，包括：

Chirp信号产生步骤：根据第一调频率产生第一Chirp信号并根据第二调频率产生第二Chirp信号；

训练序列产生步骤：将第一Chirp信号与第二Chirp信号相叠加得到训练序列；以及

数据序列产生步骤：基于所述训练序列产生所述OFDM数据序列；

其中，所述第一调频率与所述第二调频率不相等。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述数据序列产生步骤进一步包括：

将所述训练序列叠加到OFDM符号序列上以产生所述OFDM数据序列。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述将所述训练序列叠加到OFDM符号序列上以产生所述OFDM数据序列的步骤进一步包括：

将所述训练序列叠加到所述OFDM符号序列中与所述训练序列的长度相等的一段子序列上，产生所述OFDM数据序列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述数据序列产生步骤进一步包括：

将所述训练序列置于OFDM符号序列之前，得到所述OFDM数据序列。

5.一种OFDM同步方法，其特征是，包括：

序列选取步骤：根据预先设定的序列长度和起点，从接收到的数据中选取接收序列；

第一阶数的分数阶傅里叶变换步骤：对所述接收序列做第一阶数的分数阶傅里叶变换得到第一变换序列；

第二阶数的分数阶傅里叶变换步骤：当第一变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，对所述接收序列做第二阶数的分数阶傅里叶变换得到第二变换序列；以及

时频同步步骤：当第二变换序列中的最大值大于预先设定的门限值时，根据第一变换序列中的最大值和第二变换序列中的最大值计算时频同步值以完成OFDM时频同步。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述时频同步步骤进一步包括：

第一差值计算步骤：根据第一变换序列中的最大值在第一变换序列中的位置计算第一差值；

第二差值计算步骤：根据第二变换序列中的最大值在第二变换序列中的位置计算第二差值；

第一旋转角度计算步骤：根据第一Chirp信号的第一调频率计算时频轴的第一旋转角度；

第二旋转角度计算步骤：根据第二Chirp信号的第二调频率计算时频轴的第二旋转角度；以及

时频同步值计算步骤：根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度、所述第一差值和所述第二差值计算时频同步值。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述时频同步值计算步骤进一步包括：

根据公式 ${{\hat{n}}_0}^{\′}=\frac{d_{1}sin\mathrm{\β}-d_{2}sin\mathrm{\α}}{sin(\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}$ 计算时延；

根据公式计算所述时频同步值中的频移；以及

对所述时延取整得到所述时频同步值中的定时同步值；

其中，为所述时延，d₁为所述第一差值，d₂为所述第二差值，α为所述第一旋转角度，β为所述第二旋转角度，为所述频移。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述第一阶数等于第一Chirp信号的最优分数阶，所述第二阶数等于第二Chirp信号的最优分数阶。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征是，还包括：

当第一变换序列中的最大值小于预先设定的门限值或第二变换序列中的最大值小于预先设定的门限值时，调整所述起点并返回所述序列选取步骤。