CN106549896A - 一种通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计算法 - Google Patents

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钱学文
张朝阳
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    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
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Abstract

本发明涉及通信技术领域，提出了一种通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计方案，提高系统定时和频偏估计性能。包括以下步骤：S1、在数据发送端将设定参数映射零自相关码，将所得零自相关码按照设定的结构组合成同步符号，发射机发射同步符号数据；S2、对接收得到的原始数据使用新型定时度量方法计算，与动态阈值相比，得到定时时刻并计算小数频偏值；S3、对接收数据补偿后，通过整数频偏估计方法得到整数频偏。本发明与基于CAZAC的同步算法相比，本发明具有更高的定时成功率以及更低频偏估计误差，并且本发明的同步符号可以变化，可操作性更强。

Description

一种通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计算法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，主要涉及通用零自相关码以及基于此的新型同步和频偏估计的方案。
背景技术
OFDM（正交频分复用）技术是一种抗多径干扰能力很强的多载波调制技术。除了抗多径干扰能力强的优点外，OFDM技术还有频谱利用率高、抗频率选择性衰落、系统设计复杂度低、易于硬件实现等优点。因此，OFDM技术被应用于高速率通信系统中。然而，OFDM技术本身存在的对定时和频偏敏感的缺陷。定时误差过大会导致系统的解调数据错误，从而影响系统的通信性能。特别是通信系统常常处于复杂信噪比低的环境中，系统的性能会随着定时失败和频偏估计误差增大而进一步降低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提高OFDM系统的定时成功率和减小频偏估计误差，提高系统的通信效率，改善通信系统的性能。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计的方案，包括以下步骤：S1、在数据发送端根据设定参数产生通用零自相关码，构成同步符号,发射同步数据；S2、对接收的数据采用新型定时度量方法处理得到定时时刻和小数频偏值；S3、对接收数据补偿后，通过整数频偏估计方法得到整数频偏。
上述技术方案具有如下优点：本发明对传统基于常幅度零自相关码的同步算法进行改进，在数据处理上引入设定的小数频偏的预处理，根据提出的计算方法得到定时点和频偏估计值。本发明具有在低信噪比瑞利信道下的高定时成功率和低频偏估计误差的优点，提高系统的通信效率，改善通信系统的性能。并且具有更多的同步符号选取范围。
附图说明
图1是通用零自相关码的特性图；
图2是通用零自相关码产生的框图；
图3是本发明提出的同步头结构；
图4是本发明提出的计算过程框图；
图5是本发明提出的定时度量和小数频偏估计计算过程框图；
图6是本发明提出的整数频偏估计计算过程框图；
图7是传统算法与本发明的定时度量在高斯信道下的对比仿真图；
图8是传统算法与本发明的定时度量在瑞利信道下的对比仿真图；
图9是本发明在高斯信道下的定时成功率与传统方法的对比仿真图；
图10是本发明在高斯信道下的频偏估计误差与传统方法的对比仿真图；
图11是本发明在高斯信道下的频偏估计误差与传统方法的详细对比仿真图；
图12是本发明在瑞利信道下的定时成功率与传统方法的对比仿真图；
图13是本发明在瑞利信道下的频偏估计误差与传统方法的对比仿真图；
图14是本发明在瑞利信道下的频偏估计误差与传统方法的详细对比仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明作进一步详细描述。
本发明提供了基于通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计的方案，具体流程如图1所示，包括以下S1、S2、S3这3个步骤：
S1、利用图1所示的自相关特性，通过图2的流程图产生基础数据，根据图3的结构产生同步符号。将零自相关码本身及其共轭顺序组合成一个符号，再加上循环前缀，得到OFDM系统的同步符号。发射机发射同步符号数据。
零自相关码：通过只含有相位信息的序列经过傅立叶逆变换得到的新序列。
S2、如图4前一部分所示，同步符号经历信道，到达接收机，计算定时度量确定定时时刻和小数频偏。详细如图5所示，处理过程包括：阈值计算、度量结果计算、比较判断度量结果，根据比较结果计算定时时刻以及小数频偏估计值。
S3、如图6所示对接收数据进行小数频偏补偿，对补偿后的数据使用整数频偏估计算法计算，得到整数频偏值。
图7和图8分别对比几种经典度量计算方法在高斯和瑞利信道下的结果，可以看出瑞利信道下的结果会有退化，传统方法恶化明显。 Schmidl & Cox、minn和park算法基本上失效，基于CAZAC算法还有抵抗瑞利衰落的能力。本发明在两种信道结果中基本没有什么差别。
图9中显示了在高斯信道下，wang算法、seung算法、shao算法和本发明的定时成功率的对比。可以看出本发明和seung算法基本上都是成功的，shao算法在低信噪比的情况下成功率是不足的。因此在低信噪比的高斯信道中，本发明的效果是最好的。
图10和图11中显示了在高斯信道下，wang算法、shao算法和本发明的频偏估计误差的对比，可以看出本发明的效果最好，shao算法在低信噪比的情况下误差太大，本发明在低信噪比的情况下比wang算法好很多，当信噪比提高时三种算法基本没有差别。可见，本发明在低信噪比的高斯信道下对频偏估计的能力最好的。
图12中显示在瑞利信道下，wang算法、seung算法、shao算法和本发明的定时成功率的对比。可以看出本发明基本上都是成功的，shao算法在低信噪比的情况下成功率是不足的。几种算法都是随着信噪比的增加成功率提高，可以看出本发明在低信噪比的情况下的优势明显。可以看出，随着信噪比的进一步降低，本发明的成功率仍是足够高，而另三种算法的成功率就会降低。
图13和图14中显示了在瑞利信道下，wang算法、shao算法和本发明的频偏估计误差的对比，可以看出本发明的效果最好，shao算法在低信噪比的情况下误差太大，wang算法的估计误差很大，不能有效的抗瑞利衰落。本发明在低信噪比的情况下比wang算法好很多，因此本发明可以有效抗击瑞利衰落。
由以上实施例可以看出，本发明能用来有效地提高OFDM系统中的定时同步和频偏估计性能，特别是在低信噪比瑞利衰落的情况下，性能下降不会很多，而另三种算法在信噪比很低的情况下失误率会增加。并且本发明数据可操作性高，提高系统的通信效率，改善通信系统的性能。

Claims (8)

1.通用零自相关码的新型定时同步与频偏估计方案，包括以下步骤：
S1、在数据发送端将设定参数映射零自相关码，将所得零自相关码按照设定的结构组合成同步符号，发射机发射同步符号数据数据；
S2、对接收得到的原始数据使用新型定时度量方法计算，与动态阈值相比，得到定时时刻并计算小数频偏值；
S3、对接收数据进行小数频偏补偿，对补偿后的数据使用整数频偏估计算法计算，得到整数频偏值。
2.根据权利要求1所述的方案，其特征在于，使用了通用的零自相关码作为同步头的基础数据。
3.根据权利要求1所述的方案，其特征在于， 步骤S1中提出了零自相关码的同步结构。
4.根据权利要求1所述的方案，其特征在于，步骤S2中提出了一种新型的定时度量算法，具有高定时成功率和优良的小数频偏估计性能。
5.根据权利要求1所述的方案，其特征在于，步骤S3中提出了一种新的整数频偏估计算法。
6.根据权利要求1所述的方案，其特征在于，提出了通用的零自相关码作为同步基础数据，在步骤S1中提出了基于零自相关码的同步符号的结构。
7.本技术是原有常幅度零自相关码的推广，具有原有码所不具备的可操作性，具有更好的安全性和更高的性能。
8.通过S2和S3步骤得到定时时刻、小数频偏和整数频偏，提高系统的同步性能。
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