CN109088842B

CN109088842B - 一种用于ofdm的多重同步方法及系统

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Publication number: CN109088842B
Application number: CN201811023382.4A
Authority: CN
Inventors: 熊军; 王旭; 王立新
Original assignee: Xi'an Yufei Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Yufei Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: CN109088842A

Abstract

本发明涉及一种用于OFDM的多重同步方法及系统。本发明的方法包括：将接收序列等长度分为n段序列，并将n段序列累加成1/n接收序列长度的累加序列；计算累加序列与本地序列的滑动相关功率，生成滑动相关功率曲线；存储滑动相关功率曲线并找出最大滑动相关功率点；判断该最大滑动相关功率点处的功率是否大于第一预设阀值，若是，则最大滑动相关功率点为初始峰值点；以初始峰值点为中心点，判断离初始峰值点L/2^n‑1个位置点处的滑动相关功率是否大于第二预设阀值，若是，则初始峰值点为最终峰值点，该最终峰值点即为定时点。本发明的方法及系统能够一次完成信号的快速同步定时，且节省乘法器资源。

Description

一种用于OFDM的多重同步方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于OFDM的多重同步方法及系统。

背景技术

随着4G的迅速发展，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统越来越深入人们的生活，低信噪比下的OFDM同步技术又是系统的难点，研究该技术，对于4G的发展有着重要的意义。

现有的4G-TDD-OFDM技术采用需要存储1个无线帧的数据，反复计算多次后获取小区的同步信号。

基本原理如下：r_n为接收序列，s_n为长度L的预存序列(本地序列)，计算两者之间的互相关函数R(τ)，在τ＝0的时候达到最大值，所以寻找到R(τ)的最大值，也就找到了最佳定时时刻。

相关值计算公式如下：

现有技术的缺陷是：首先需要存储大量数据，其次需要多次同步相关，最终确定同步，不仅耗时，耗费的资源也比较大。

因此，提供一种用于OFDM的多重同步方法及系统。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于OFDM的多重同步方法及系统，本地设计帧结构，能够实现快速同步，解决信号在传递过程中丢帧的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于OFDM的多重同步方法，包括以下步骤：

将接收序列等长度分为n段序列，并将n段序列累加成1/n接收序列长度的累加序列；

计算累加序列与本地序列的滑动相关功率，生成滑动相关功率曲线；

存储滑动相关功率曲线并找出最大滑动相关功率点；

判断该最大滑动相关功率点处的功率是否大于第一预设阀值，若是，则最大滑动相关功率点为初始峰值点；

以初始峰值点为中心点，判断离初始峰值点L/2^n-1个位置点处的滑动相关功率是否大于第二预设阀值，若是，则初始峰值点为最终峰值点，该最终峰值点即为定时点。

进一步地，n≥3。

进一步地，第一预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第一门限的乘积，第二预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第二门限的乘积，第二门限小于第一门限。

进一步地，上述用于OFDM的多重同步方法，还包括：判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。

进一步地，第三预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第三门限的乘积，第三门限小于第二门限。

根据本发明的另一方面，提供一种实现上述用于OFDM的多重同步方法的系统，包括：

接收序列分段模块，用于将接收序列等长度分为n段序列，并将n段序列累加成1/n接收序列长度的累加序列；

滑动相关功率计算模块，用于计算累加序列与本地序列的滑动相关功率，生成滑动相关功率曲线；

最大滑动相关功率点查找模块，用于存储滑动相关功率曲线并找出最大滑动相关功率点；

初始峰值点判断模块，用于判断该最大滑动相关功率点处的功率是否大于第一预设阀值，若是，则最大滑动相关功率点为初始峰值点；

最终峰值点确定模块，用于以初始峰值点为中心点，判断离初始峰值点L/2^n-1个位置点处的滑动相关功率是否大于第二预设阀值，若是，则初始峰值点为最终峰值点，该最终峰值点即为定时点。

进一步地，n≥3。

进一步地，上述用于OFDM的多重同步系统，还包括：最终峰值点验证模块，用于判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1.本发明的用于OFDM的多重同步方法及系统将接收序列等长度折叠成长度为L/n的累加序列，与本地序列进行滑动相关计算，能够一次完成信号的快速同步定时，而且这种帧结构的设计节省乘法器资源，乘法运算量降低到原先的1/n；

2.本发明的用于OFDM的多重同步方法及系统采用两级门限判断，精准定位相关峰值位置；

3.本发明的用于OFDM的多重同步方法及系统判断离最终峰值点连续多个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，进一步精准定位相关峰值位置。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的用于OFDM的多重同步装置框图；

图2是本发明的用于OFDM的多重同步方法步骤图；

图3为信道的信噪比为15dB时的相关峰值检测仿真图；

图4为信道的信噪比为-8dB时的相关峰值检测仿真图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明的用于OFDM的多重同步装置框图，如图1所示，本发明提供的用于OFDM的多重同步方法，包括以下步骤：

存储滑动相关功率曲线并找出最大滑动相关功率点；

其中，n≥3。第一预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第一门限的乘积，第二预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第二门限的乘积，第二门限小于第一门限。L可以为512。

具体地，计算累加序列与本地序列的滑动相关功率中，本地序列长度为L时，则首先将n个连续的长度为L的接收序列中各接收序列等长度分为n段序列，并将n段序列累加成长度为L/n的累加序列，按序将n个累加序列串接成组合序列，该组合序列与本地序列的滑动相关功率，其中，n个连续的长度为L的接收序列是相同的。

本发明的用于OFDM的多重同步方法将接收序列等长度折叠成长度为L/n的累加序列，与本地序列进行滑动相关计算，能够一次完成信号的快速同步定时，而且这种帧结构的设计节省乘法器资源，乘法运算量降低到原先的1/n。

本发明的用于OFDM的多重同步方法采用两级门限判断，精准定位相关峰值位置，这是因为采用两级门限判断，使得信号既不会漏判，也不会误判，从而每一次都能够快速接入网络而不会遗漏，无需多次无线帧累加判断。

上述用于OFDM的多重同步方法，还包括：判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。其中，第三预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第三门限的乘积，第三门限小于第二门限。

具体地，最终峰值点±3(peak_pos)+1,+2,+3，-1,-2，-3)多点处的每一个点的功率与均值功率的比值都大于第三门限TH3，说明该最终峰值点也不是峰值点，因为峰值附近连续相关点功率都很大，说明这不是真正的相关峰值功率点，因为相关峰值功率点是尖锐的，一般只有1到两个点的相关峰值点功率高。

本发明的用于OFDM的多重同步方法及系统判断离最终峰值点连续多个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，进一步精准定位相关峰值位置。

具体地，当n＝3时，累加序列的算法实现方法如下：

每一次输入一个点的信号，重新获取Window2个点的信号rcv_sig

for start_idx＝start_sample:end_sample

rcv_sig＝phy_rcv_signal_syn(start_idx:start_idx+Window2-1)；

按照1/3比例对Window2个点的信号rcv_sig预先叠加，则接收信号变成了Window2/3长度的信号，具体如下：

rcv_sig_syn＝rcv_sig(1:Window2/3)+rcv_sig(Window2/3+1:Window2*2/3)+rcv_sig(Window2*2/3+1:Window2*3/3)

滑动相关算法如下：

xcorr_synsig＝fix(sum((rcv_sig_syn.*(loc_syn)))

在本实施例的实际应用中，计算累加序列与本地序列的滑动相关功率中，本地序列长度为L时，则首先将3个连续的长度为L的接收序列中各接收序列等长度分为3段序列，并将3段序列累加成长度为L/3的累加序列，按序将3个累加序列串接成组合序列，该组合序列与本地序列的滑动相关功率，其中，3个连续的长度为L的接收序列在发送端是相同的，通过信道后，这3个相邻的接收序列不再完全相同了。虽然不再完全相同了，但是本地将有3个相同的本地序列要与之相关，所以在接收端可以完成这3段序列的预先叠加，用来减少乘法器资源。

计算累加序列与本地序列的滑动相关功率后的具体实现原理如下：

1.ADC(Analog-to-Digital Converter，指模/数转换器或者模数转换器)采集生成的滑动相关功率曲线，存储在FPGA(Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)-FIFO(First Input First Output，先入先出队列)寄存器(长度为512+20)中，根据滑动相关功率曲线，得到该FIFO寄存器中每一个时间点的均值功率PA(第一门限TH1可以设置为6，第二门限TH2可以设置为4，第一门限和第二门限可以根据实测调整)；

2.FIFO寄存器实时接收输入的功率CORR2POW，只要判断出CORR2POW>pa*TH1，开始进入峰值确定阶段，启动峰值倒计时计数器REG1，同时记录这个最大峰值功率点和记录位置max_pow(1)＝corr2POW，max_idx(1)＝cnt；

3.REG1启动后，继续缓存128*2+10＝266个时间点的信号；

4.缓存过程中：发现更大的功率点后更新峰值功率点max_pow和位置max_id，REG1重新启动计数(必须要等到266个点结束)，保证峰值功率点在FIFO的中间位置；

5.等到266个点采集结束时，由于FIFO寄存器长度等于512，所以峰值点的位置肯定在266的位置，前后都有超过128长度缓存的数据：

如果捕获阶段/判决条件高：最终峰值点左右±128(-1:1)附近点位置的功率都必须同时要大于>pa*TH2，同时还记录±256(-1:1)点时的功率，如果捕获阶段/判决条件更高，则最终峰值点(位置是peak_pos)±128点附近(例如peak-Pos+(128+1，128+2，128-1，128-2，，，-128-1，-128-2，-128+1，-128+2))处功率与均值功率的比值大于第二门限TH2，

如果266的位置只有2个点且这2个点在峰值点同一个方向上出现，则选取中间点作为最终峰值点和定时点；

6.如果跟踪阶段判决条件低：峰值功率大于>均值功率*(TH1为1～3)即可

本发明的方法从计算累加序列与本地序列的滑动相关功率开始到最后的实现算法如下：

1.cont_max_pow＝0

maxPOW＝0

Succ＝0

TH1＝6；

2.累加序列与本地序列对称相乘相加，计算滑动相关功率曲线PowCURRlist(cnt)

3.滑动相关功率曲线进入FIFO寄存器，计算均值功率AP和滑动相关功率曲线中最大功率maxPOW

4.实时输入的功率powCURR>maxPOW(发现更大的峰值点)

5.maxPOW＝powCURR

Peak_pos＝cnt

PeakToAver(峰均比)＝maxPOW/AP(最大功率比上均值功率)

6.Cont_max_pow≥1

(已经启动了相关峰倒计时)

7.PeakToAver>TH1

(发现峰值点)

8.启动计数器cont_max_pow＝1

成功发现超过门限功率Succ＝1

9.cont_max_pow≥1

已经找到峰值功率点，继续寻找一段时间内更大的峰值点

10.cont_max_pow＝cont_max_pow+1

11.cont_max_pow＝＝128

12.Max((PowCURRlist(Peak_pos-WIN/2-1:Peak_pos-WIN/2+1)||

PowCURRlist(Peak_pos+WIN/2-1：Peak_pos+WIN/2-2)))/AP>TH2

峰值点±128点左右至少有一个大于第二门限的峰值功率点

13.Min(PowCURRlist(Peak_pos-2：Peak_pos+2))/AP<TH3

连续出现大于一定门限的功率数值点说明不是相关峰值点

14.峰值查找成功

图2是本发明的用于OFDM的多重同步方法步骤图，如图2所示，本发明提供的实现上述用于OFDM的多重同步方法的系统，包括：

其中，n≥3，第一预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第一门限的乘积，第二预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第二门限的乘积，第二门限小于第一门限。

本发明的用于OFDM的多重同步系统将接收序列等长度折叠成长度为L/n的累加序列，与本地序列进行滑动相关计算，能够一次完成信号的快速同步定时，而且这种帧结构的设计节省乘法器资源，乘法运算量降低到原先的1/n。

本发明的用于OFDM的多重同步系统采用两级门限判断，精准定位相关峰值位置。

上述用于OFDM的多重同步系统，还包括：最终峰值点验证模块，用于判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。其中，第三预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第三门限的乘积，第三门限小于第二门限。

本发明的用于OFDM的多重同步系统判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，进一步精准定位相关峰值位置。

图3为信道的信噪比为15dB时的相关峰值检测仿真图，图4为信道的信噪比为-8dB时的相关峰值检测仿真图。由图3和图4可知，最大峰值点在(2124，2.501e+04)，其功率大于第一预设阀值，离最大峰值点±128的位置处功率均大于第二预设阀值，因此，最大峰值点为定时点，该定位点为信号发送端与信号接收端的最佳定时时刻。从图3和图4可以看出来就是在SNR很差时，本发明的三重同步相关2级门限判断都能准确的完成相关。

另外，针对频偏对相关的分析如下：

三重相关长度如果是384，则偏离18KHZ的频偏，相位误差仍然小于2π，因此，此时相关无需考虑频偏问题，为此相关峰值独立于频偏设计，能够简化三段同步2重门限的相关峰值处理。相位误差计算公式如下：

其中，Δf_maxe为频偏，N_d为相关长度，f_s为采样频率。

因此，本发明的用于OFDM的多重同步方法及系统在定时同步过程中不易受频偏的影响。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于OFDM的多重同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

存储滑动相关功率曲线并找出最大滑动相关功率点；

以初始峰值点为中心点，判断离初始峰值点L/2^n-1个位置点处的滑动相关功率是否大于第二预设阀值，若是，则初始峰值点为最终峰值点，该最终峰值点即为定时点；其中，L为本地序列长度；

第一预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第一门限的乘积，第二预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第二门限的乘积，第二门限小于第一门限。

2.根据权利要求1所述的用于OFDM的多重同步方法，其特征在于，n≥3。

3.根据权利要求2所述的用于OFDM的多重同步方法，其特征在于，还包括：判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。

4.根据权利要求3所述的用于OFDM的多重同步方法，其特征在于，第三预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第三门限的乘积，第三门限小于第二门限。

5.一种实现权利要求1所述用于OFDM的多重同步方法的系统，其特征在于，包括：

最终峰值点确定模块，用于以初始峰值点为中心点，判断离初始峰值点L/^2n-1个位置点处的滑动相关功率是否大于第二预设阀值，若是，则初始峰值点为最终峰值点，该最终峰值点即为定时点；其中，L为本地序列长度；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，n≥3。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：最终峰值点验证模块，用于判断离最终峰值点连续m个点处的滑动相关功率是否均大于第三预设阀值，若是，则峰值点不是定时点，其中，m≥3。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，第三预设阀值为滑动相关功率的平均功率与第三门限的乘积，第三门限小于第二门限。