CN109802912B - 宽带无线通信系统的同步方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于宽带无线通信系统的同步方法，通过对原始重复结构同步序列的某一段与扩频序列相乘来生成具有特殊重复结构的同步序列，接收端通过对接收到的时域采样信号与发送端相同的扩频序列相乘来解扩，再计算接收信号的延时自相关函数，通过延时自相关函数的峰值检测来实现符号定时同步与频偏估计；在这个过程中，通过重复结构延时自相关的尖锐峰值来保证符号定时与频偏估计的精度，通过扩频来降低噪声、干扰信号对延时自相关函数的峰值的影响，相比于传统的延时自相关同步算法，能够明显增强对干扰和噪声的鲁棒性。本发明还公开了一种适用于宽带无线通信系统的同步装置、设备及计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果。

Description

宽带无线通信系统的同步方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及移动通信系统技术领域，更具体地说，涉及一种适用于宽带无线通信系统的同步方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

近年来，无论是民用通信还是军用通信都对系统的传输容量提出了越来越大的需求，宽带无线通信的理论和技术都取得了长足的进展。OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用技术)、SCFDE(SingleCarrier－Frequency DomainEqualization，单载波频域均衡)等传输体制已经成为当前宽带无线通信的两种典型传输方案，而系统的同步则是影响系统性能的关键因素之一。由于OFDM和SCFDE系统具有很多相似性，特别是同步模块，两者的处理过程基本一致，以OFDM系统为例，参见图1，为现有技术中的OFDM系统模型示意图；通过图1可以看出，系统发送的数据经过信道编码，QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制)映射，IFFT(Inverse Fast FourierTransform，离散傅立叶反变换的快速算法)和加CP(Cyclic Prefix，循环前缀)等处理后得到OFDM信号，再经过无线信道传输。接收端先要对接收信号进行同步处理，估计并补偿符号定时和载波频率偏差，才能保证后续QAM解映射，信道解码等处理正确进行。

OFDM系统的同步主要包含符号定时同步和载波同步。符号定时同步的目的是使接收端获得相同的发送端符号周期序列，以便能够确定FFT窗函数正确起始位置。在基于循环前缀的OFDM系统中，每个OFDM符号之前为了抵抗多径、容忍定时误差的影响而引入了循环前缀，因此，只要循环前缀的长度大于最大时延拓展，就可以尽可能的消除由于多径造成的符号间干扰。载波同步的目的是克服发射机与接收机的晶体振荡器不匹配、多普勒频移等因素导致的收发端频率偏移，使接收端与发射端在相同的载波频率下工作，从而确保子载波间的正交以性消除载波间干扰。综上所述，OFDM系统对于符号定时同步的精度要求不高，而对于载波同步的要求则相对严格，这是因为OFDM符号由多个子载波信号叠加而成，各个子载波之间是利用正交性来区分。

针对OFDM系统的同步问题，目前为止已经有许多这方面的研究。在实际系统中，一般采用基于训练序列的同步方法，训练序列虽然会降低系统的传输效率，但以牺牲一定的传输效率为代价来提高同步的速度、精度和稳定度是十分值得的。基于训练序列的OFDM系统同步方法中比较有名的是Schmidl算法、Minn算法和Park算法，这些方法的基本思想都是发送端发送具有重复结构的训练序列，接收端计算接收信号的延时自相关，在此基础上，检测自相关函数的峰值并利用其相位信息分别实现符号定时同步和载波频偏估计。但是，目前这种基于延时自相关函数峰值检测的方法存在以下两个主要问题：一是在低信噪比条件下，自相关函数的峰值易受到噪声等因素的影响，检测的准确性降低，为了保证检测的准确性，一般需要增加训练序列的长度，从而降低系统传输效率；二是当系统受到干扰时，这些方法基本不再适用，这是因为干扰信号(例如，单音干扰、多音干扰等)也往往具备重复结构，自相关函数会出现一些干扰峰值，从而会导致自相关的峰值检测失效。

因此，如何合理设计同步序列，降低干扰、噪声等对同步序列自相关函数峰值检测的影响，提高宽带无线通信系统在干扰条件下的通信性能是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于宽带无线通信系统的同步方法、装置、设备及计算机可读存储介质，以提高宽带无线通信系统在复杂干扰条件下的传输性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种适用于宽带无线通信系统的同步方法，包括：

接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步。

其中，获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步之前，还包括：

对所述延时自相关函数进行归一化处理。

其中，根据所述峰值实现符号定时同步之后，还包括：

根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

其中，所述目标同步序列的生成方法包括：

确定原始重复结构同步序列的短序列A[k]和长序列C[k]，所述短序列用于粗同步，所述长序列用于精同步，所述短序列A[k]和所述长序列C[k]均为具有互相关近似为0、且延时自相关也近似为0的良好自相关和互相关特性的伪随机序列；其中，k为与时间有关的下标；

根据所述短序列A[k]、所述长序列C[k]和所述扩频序列S[k]，生成短序列的扩频序列S(A)[k]和长序列的扩频序列S(C)[k]；其中，S(A)[k]＝S[k]×A[k]，S(C)[k]＝S[k]×C[k]；

利用所述短序列A[k]、所述短序列的扩频序列S(A)[k]、所述长序列C[k]和所述长序列的扩频序列S(C)[k]，生成所述目标同步序列。

其中，所述扩频序列S[k]为m序列或者Golden序列；

其中，所述扩频序列的每个元素的持续时间为T，T＝PT_s；T_s为原始重复结构同步序列的采样周期；P为调整因子，P是根据带宽和所述原始重复结构同步序列的长度确定的；其中，P为大于1的正整数。

其中，所述确定所述时域采样信号的延时自相关函数，包括：

对所述时域采样信号执行延时相关运算，并将执行延时相关运算的结果与所述扩频序列进行解扩处理，得到特殊重复结构同步序列的延时自相关函数。

一种适用于宽带无线通信系统的同步装置，包括：

信号接收模块，用于接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

确定模块，用于确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

第一同步模块，用于获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步。

其中，本方案还包括：

第二同步模块，用于根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

一种适用于宽带无线通信系统的同步设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种适用于宽带无线通信系统的同步方法，包括：接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步。

可见，在本方案中，发送端发送的信号中的同步序列，是对原始重复结构同步序列的部分同步序列进行扩频后得到的具有特殊重复结构的目标同步序列，因此接收端在计算延时自相关函数的过程中，需要同时进行解扩，扩频、解扩的过程会显著降低干扰、噪声等对接收信号的延时自相关函数的影响，相关函数的幅值会出现尖锐的相关峰值，这样便可准确的检测到峰值，从而实现符号定时同步，并且符号定时同步具有很高的稳定度和准确度。

本发明还公开了一种适用于宽带无线通信系统的同步装置、设备及计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的OFDM系统模型示意图；

图2为本发明实施例公开的一种适用于宽带无线通信系统的同步方法示意图；

图3为本发明实施例公开的特殊重复结构同步序列结构及延时自相关函数曲线示意图；

图4为本发明实施例公开的OFDM抗干扰同步方法实现框架示意图；

图5为本发明实施例公开的延时相关曲线示意图；

图6为本发明实施例公开的特殊变换序列为m序列时信号频谱变化示意图；

图7为本发明实施例公开的一种特殊重复结构同步序列构造方法示意图；

图8为本发明实施例公开的延时自相关计算单元电路示意图；

图9为本发明实施例公开的一种适用于宽带无线通信系统的同步装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

需要说明的是，在本实施例中，假设N为OFDM的IFFT(FFT)点数，N_u为非虚子载波数目，在每个OFDM符号前加入长度为N_G的循环前缀。X(k)表示调制在第k个子载波上的频域符号。那么，发送端基带OFDM时域采样信号x(n)可以表示为：

其中，n∈[-N_G,N-1]，j为

假设多径衰落信道的冲激响应h(n)为

其中，L为路径数，h_l为第l条路径对应的复增益，τ_l为第l条路径对应的时延，δ(n-τ_l)为单位冲激响应函数。当不存在定时和频率偏差时，接收信号可以表示为y(n)＝x(n)*h(n)，*表示卷积运算。对接收信号y(n)进行FFT运算得到其频域表达式：

其中，X(k),Y(k),H(k),W(k)分别为第k个子载波上的发射信号、接收信号、多径信道和噪声的频率响应。发射信号经过多径衰落信道后，定时偏差和频率偏差的接收时域采样信号y_offset(n)为

其中，d为以采样周期归一化的符号定时偏差，ε为以子载波间隔归一化的载波频偏。w(n)表示均值为0，方差为的加性高斯白噪声信号。

进一步，本发明实施例公开了一种适用于宽带无线通信系统的同步方法、装置、设备及计算机可读存储介质，可对接收的时域采样信号y_offset(n)实现符号定时同步操作，该同步过程与现有技术相比，通过设计具有特殊重复结构的同步序列，能明显减少干扰、噪声等对延时自相关函数的影响，从而提高符号定时同步的稳定度和准确度。

参见图2，本发明实施例提供的一种适用于宽带无线通信系统的同步方法，包括：

S101、接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

需要说明的是，在发送端发送信号时，通过将同步序列添加至待发送的数据帧前，接收端接收到信号后，通过对接收信号中存在同步序列进行检测实现对数据帧的定位，也即：通过计算与同步序列重复结构相匹配的延时自相关函数，并检测延时自相关函数的峰值来实现符号定时同步，进一步，通过延时自相关函数的相位实现载波频偏估计；该同步过程与现有技术中的同步过程基本一致，差异主要体现在本方案为了解决噪声、干扰信号对延时自相关函数峰值的影响，将具有重复结构的同步序列中引入了扩频序列，在计算延时自相关函数的过程中需要同时进行解扩，扩频、解扩的过程会显著降低干扰、噪声等对接收信号的延时自相关函数的影响，相关函数的幅值会出现尖锐的相关峰值，这样便可准确的检测到峰值，从而实现符号定时同步，并且符号定时同步具有很高的稳定度和准确度。

在本实施例中，将对原始重复结构同步序列的部分同步序列与扩频序列相乘得到的具有特殊重复结构的同步序列称为目标同步序列。

S102、确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

在本实施例中，将扩频序列用S[k]表示，通过将扩频序列S[k]与原始重复结构同步序列的某一段序列相乘后生成的特殊重复结构同步序列，称为目标同步序列；本实施例中的原始重复结构同步序列的生成方法与现有技术中的重复结构同步序列生成方式相同，具体来说，一般采用CAZAC序列配置不同参数生成短序列和长序列。所生成的原始重复结构同步序列具有良好自相关和互相关特性的伪随机序列，所谓良好自相关性是指：

其中，x(n)表示伪随机序列，M表示伪随机序列长度，(.)^*表示共轭运算。式(5)表示序列的延时自相关近似为0。另一方面，良好的互相关性是指：

其中，y(n)表示与x(n)不同的伪随机序列，式(6)表示相同长度的不同序列互相关值近似为0。

进一步，本实施例提供了一种具有特殊重复结构的目标同步序列的生成方法，具体包括：

确定原始重复结构同步序列的短序列A[k]和长序列C[k]，其中，所述短序列用于粗同步，所述长序列用于精同步，所述短序列A[k]和所述长序列C[k]均为具有互相关近似为0、且延时自相关也近似为0的良好自相关和互相关特性的伪随机序列；其中，k为与时间有关的下标；

根据所述短序列A[k]、所述长序列C[k]和所述扩频序列S[k]，生成短序列的扩频序列S(A)[k]和长序列的扩频序列S(C)[k]；其中，S(A)[k]＝S[k]×A[k]，S(C)[k]＝S[k]×C[k]；

利用所述短序列A[k]、所述短序列的扩频序列S(A)[k]、所述长序列C[k]和所述长序列的扩频序列S(C)[k]，生成所述目标同步序列。

参见图3，为本实施例提供的特殊重复结构同步序列结构及延时自相关函数曲线示意图；通过该图可以看出，本实施例中提供了一个具体的特殊重复结构同步序列的结构，具体来说特殊重复结构同步包括四个短序列和两个长序列；四个短序列依次包括：短序列、短序列的负序列、短序列、短序列的扩频序列；两个长序列依次包括：长序列的扩频序列和长序列，特别注意长序列和长序列的扩频序列之间的顺序，这是为了将长序列既作为同步序列用于同步模块也作为导频序列用于信道估计模块，提高系统的传输效率。因此，需要考虑这种顺序上的差异对后续频偏估计的影响。

通过图3可以看出，N₁和N₂分别表示短序列和长序列的长度。S(.)表示对序列按照一定规则进行特定变换。例如：短序列为A，长序列为C，S[A]为短序列的扩频序列，S[C]为长序列的扩频序列；具体的，以短序列A为例，则短序列的扩频序列S(A)[k]可以表示为：

S(A)[k]＝S[k]×A[k] (7)

在本实施例中，根据延时自相关函数的定义，短序列的延时自相关函数根据式(6)进行计算，得到：

其中，N₁表示短序列的长度，conj表示共轭运算，S(k)表示扩频序列，R₁(N₁)表示第一个短序列与第二个短序列的延时自相关函数，R₂(N₁)表示第一个短序列与第三个短序列的延时自相关函数，R₃(N₁)表示第一个短序列与第四个短序列的延时自相关函数。最后，综合考虑四段重复结构，得到短序列总的延时自相关函数为：

R_S(N₁)＝-conj(R₁(N₁))R₂(N₁)R₃(N₁) (11)

由于长序列只有两段重复结构，因此长序列的延时自相关函数根据式(12)进行计算

显而易见，由于特殊重复结构的短序列和长序列引入了扩频序列，因此接收信号延时自相关函数的幅值会出现尖锐的相关峰值。准确检测这些峰值就可以实现符号定时同步，并且符号定时同步具有很高的稳定度和准确度。

需要说明的是，根据短序列重复结构的特点，接收信号延时自相关函数的绝对值会出现峰值，并且在不考虑噪声影响的条件下，其峰值的相位与归一化频偏ε之间满足式(13)所示关系

其中，表示短序列延时自相关曲线的峰值，根据式(13)，可以得到归一化频偏ε的估计值为ε：

其中，表示取值位于(0,2π]之间的相位运算。可以看到，归一化频偏ε的估计范围与同步序列的长度N₁有关，对于某一特定N₁值，当归一化频偏超过某一范围时，其相关值的相位会出现模糊的现象。因此，可以得到以下结论：N₁越大，归一化频偏ε的估计范围越小，估计精度越高，反之，N₁越小，归一化频偏ε的估计范围越大，但估计精度越差。

根据长序列重复结构的特点，接收信号延时自相关函数的绝对值会出现峰值，并且在不考虑噪声影响的条件下，其峰值的相位与归一化频偏ε之间满足式(15)所示关系

其中，表示短序列延时自相关曲线的峰值，根据式(15)，可以得到归一化频偏ε的估计值为ε：

特别注意这里频偏估计的符号，这是由长序列与长序列的扩频序列之间的顺序导致的。

综上所述，考虑到在同步的初始阶段CFO会很大，所以需要能够对大范围的载波频率偏移CFO进行估计的技术。因此，在实际系统中同步序列设计为图3所示结构，先利用短序列实现CFO的粗同步并进行补偿，在此基础上，再利用长序列实现CFO的精同步与补偿。

S103、获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步。

其中，获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步之前，还包括：对所述延时自相关函数进行归一化处理。

并且，本方案根据所述峰值实现符号定时同步之后，还包括：根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

可以看出，准确检测延时自相关函数的峰值是实现符号定时同步和频偏估计的重要保证。考虑到在实际实现过程中为了保证系统的实时性，一般只能实现延时自相关函数局部峰值的检测，并且峰值检测通常采用门限法来实现。然而，利用门限法来实现峰值检测易受到信噪比、自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)电路的增益不一致等因素的影响，固定的门限值往往受限于特定场景，并且在低信噪比条件下很容易工作不稳定。例如，AGC一般只能将接收信号的电平限制于某一范围，因此接收信号的电平位于某一区间即可，然而这会导致接收信号的延时自相关函数的值变化很大，很难选取合适的门限。

为了克服这一问题，需要对式(11)、(12)所示的延时自相关函数进行归一化，这里分别对短符号和长符号提出一种归一化的自相关函数。具体的，短符号的归一化延时自相关函数如式(17)所示

其中，

长符号的归一化延时自相关函数如式(22)所示

可以看出，归一化后的延时自相关函数值的大小不会因为接收信号电平的变化而有显著波动，因此，通过合理设置检测门限，就可以实现对延时自相关函数峰值的准确检测，且能进一步减少噪声等对互相关函数峰值检测影响，提高峰值检测的稳定性。

参见图4，为本实施例提供的OFDM抗干扰同步方法实现框架，通过该框架可以看出，该框架共包含短符号延时自相关计算单元、粗频偏估计与补偿单元、长符号延时自相关计算单元、精频偏估计与补偿单元以及符号定时同步单元，其中为了提高符号定时的稳定性和精度，一般考虑联合短符号、长符号的延时自相关值来实现符号定时同步。

通过上述步骤确定延时自相关函数后，基于归一化方法可便捷确定该延时自相关函数的峰值，从而通过该峰值实现符号定时同步，并且通过延时自相关函数的相位实现载波频偏估计；需要说明的是，通过延时自相关函数的峰值实现符号定时同步，和通过延时自相关函数的相位实现载波频偏估计的过程与现有技术中的同步过程一致，在此便不具体赘述。

综上可以看出，本方案提供了一种适用于宽带无线通信系统的抗干扰同步方法，该方法利用扩频序列对具有重复结构的原始同步序列进行特殊处理构建具有特殊重复结构的同步序列，通过计算和检测特殊重复结构同步序列的延时自相关函数及其峰值，进而实现定时同步和频偏估计。相较于传统的S&C、Minn等同步算法，本方法能够明显增强对干扰和噪声的鲁棒性，提高定时同步的精度。

基于上述实施例，在本实施例中，所述扩频序列S[k]为m序列或者Golden序列；其中，所述扩频序列的每个元素的持续时间为T，T＝PT_s；T_s为原始重复结构同步序列的采样周期；P为调整因子，P是根据带宽和所述原始重复结构同步序列的长度确定的；其中，P为大于1的正整数。

需要说明的是，在本实施例中的扩频序列S[k]可以为m序列，还可以为Golden序列等其他扩频序列，在本实施例中仅以m序列为例对本方案进行说明，但并不局限与这两个扩频序列。

当扩频序列为m序列时，当信道中出现窄带干扰时，接收到的同步符号可表示为公式5所示，在此为了分析的方便，忽略信道影响和噪声：

其中I'_m，f_m和φ_m代表引入的第m个窄带干扰信号的幅度、频率和相位，I_m为表示干扰信号的基带符号表示，例如，单音干扰，则I_m为常数。M为干扰的数目，x[n]为同步符号。为了分析方便，这里以M＝1的情况来说明，此时延迟相关运算在理想定时点的值可表示为：

式中，N₁表示短符号的长度，S[k]表示与发送端相同的特殊变换序列。假设同步符号x[n]与窄带干扰相互独立。根据式(24)可以看出，延迟自相关值所受干扰影响的程度与扩频序列S[k]和干扰功率乘积的累加和有关。同时注意到m序列中+1与-1的数量基本相等，在延迟相关窗内满足累加和近似为0的条件，因此上式中的第二项即干扰对相关值的影响也会极度减小。此时延时相关可以近似表示为：

可以看出，该情况下延迟自相关值在理想定时点处与传统同步算法一样呈现出峰值，且由于m序列具有良好自相关特性，其峰值形状尖锐，便于识别。综上所述，扩频变换S[k]对同步的性能有着至关重要的影响。在本实施例中，扩频序列采用m序列，m序列+1与-1的数量基本相等，另外m序列还具有尖锐的自相关特性和几乎为0的互相关特性。

显而易见，m序列可满足延迟相关窗内累加和近似为0的条件，且m序列具有优良的自相关特性，在使用m序列对接受的同步符号进行解扩时，只有在其理想的定时位置处出现尖锐的峰值。而在其他采样时刻，由于原始数据在发送端未与m序列对应相乘进行加扰，m序列的自相关特性会对其起到平滑作用，使其不会出现较大的峰值，在一定程度上大大削弱了窄带干扰对延迟自相关值的影响。

本实施例以N＝512的同步符号为例，采用m序列对原始重复结构同步序列进行特殊变换处理，构建特殊重复结构同步序列，同时加入信干比SIR为-10dB的窄带干扰来仿真，其延迟相关曲线如图5所示；为了方便观察，图5已将理想的定时点移至0点处，并分别将理想定时点前后500个采样点的延迟相关值进行绘制。从图5可以明显看出，采用m序列对同步序列进行扩频能得到较为明显的峰值，理想定时位置周围点的延迟自相关值下降更加迅速，此方式缩小了利用设置相应的阈值来进行最大峰值搜索的采样点范围，令其理想定时点的捕获概率更高，性能更加稳定，另外也为后续的频偏估计提供了更加准确的依据。

另一方面，要满足实际系统的应用需求，还需要考虑扩频序列对信号频谱的影响，这是因为采用扩频序列对同步序列进行处理一定会导致信号频谱展宽，发生频谱泄露。事实上，实际通信系统是一个带限系统，为了保证实际通信系统的性能，特别是外场性能，必须在发送端和接收端根据信号的带宽设计滤波器，防止带外干扰和产生邻道干扰。因此，收发端的滤波会导致这种采用扩频序列构建特殊重复结构同步序列的同步算法其抗干扰性能大打折扣。

为了在一定程度上减少收发端滤波对所提基于特殊重复结构同步序列的抗干扰同步算法性能的影响，需要降低扩频序列导致的信号频谱泄露情况。这里通过增大m序列元素持续的时间，即将m序列元素的持续时间由原始序列的一个采样周期延长为若干个采样周期来实现。具体的延长倍数需要根据实际系统来决定。图6给出了特殊变换序列为m序列时信号频谱的变化。可以看出，尽管信号经过m序列处理后信号的频谱发生了扩散，但是随着m序列元素持续时间的延长，带外泄露相对减少，此时收发端的滤波对信号的损伤较小。

基于上述实施例，在本实施例中所述确定所述时域采样信号的延时自相关函数，包括：对所述时域采样信号执行延时相关运算，并将执行延时相关运算的结果与所述扩频序列进行解扩处理，得到特殊重复结构同步序列的延时自相关函数。

具体的，在本实施例中，以扩频序列为m序列为例，公开一种具体的特殊重复结构同步序列延时自相关函数的低复杂度计算方法，如图7所示，为本实施例提供的一种特殊重复结构同步序列构造方法。原重复结构同步序列的某一段与m序列相乘构成扩频序列，利用该扩频序列与原始同步序列构成特殊重复结构的同步序列，解决OFDM系统的同步问题。可以看出，由于m序列的取值只有{+1,-1}的特殊性质，原始序列与m序列之间相乘并不需要消耗乘法器资源，只需要进行简单的操作即可。

进一步，根据公式(8-11)所示特殊重复结构同步序列延时自相关的计算方法可以看出，要计算图7所示特殊重复结构同步序列的延时自相关，需要计算接收信号与m序列相乘，然后利用相乘与累加计算延时相关。分析发现，若先计算接收信号与m序列相乘，再利用相乘与累加计算延时相关，则会需要大量的硬件资源才能实现。

因此在本实施例中，公开一种根据图7构成的特殊重复结构同步序列的低复杂度延时自相关计算实现方法。通过分析，特殊重复结构同步序列的延时自相关计算主要涉及延时自相关计算和解扩两个过程。首先分析低复杂度的延时自相关计算方法，为了阐述方便，以基于两段重复结构序列的延时自相关函数计算来说明，具体的，延时自相关函数可以表示为

其中，N表示重复序列的样点数。式(26)可以利用式(27)所示迭代方法实现：

可以看出，通过式(27)所示迭代方法，延时自相关只需要一个复数乘法器和两个复数加法器即可实现，从而可以大大降低计算复杂度。在此基础上，本方案提出的特殊重复结构延时自相关函数的计算，注意到乘法运算满足交换律和结合律，因此，特殊重复结构同步序列的延时自相关计算可以先进行延时相关运算，再对延时相关的结果与m序列进行相乘进行解扩运算，其中涉及延时相关的结果与m序列进行相乘获得的N个序列的和累加，具体过程如图8所示。以计算式(8)所示的延时自相关为例，采用图8所示实现方式，由于与m序列相乘事实上只需要异或操作，因此，此时只需要1个复数乘法器和N个加法器即可实现，可以大大减少需要的硬件资源。

下面对本发明实施例提供的同步装置进行介绍，下文描述的同步装置与上文描述的同步方法可以相互参照。

参见图9，本发明实施例提供的一种适用于宽带无线通信系统的同步装置，包括：

信号接收模块100，用于接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

确定模块200，用于确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

第一同步模块300，用于获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步。

其中，本方案还包括：

第二同步模块，用于根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

其中，本方案还包括：

归一化模块，用于在获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步之前，对所述延时自相关函数进行归一化处理。

其中，本方案还包括：目标同步序列的生成模块，所述生成模块包括：

原始序列确定单元，用于确定原始重复结构同步序列的短序列A[k]和长序列C[k]，其中，所述短序列用于粗同步，所述长序列用于精同步，所述短序列A[k]和所述长序列C[k]均为具有互相关近似为0、且延时自相关也近似为0的良好自相关和互相关特性的伪随机序列；其中，k为与时间有关的下标；

扩频序列生成单元，用于根据所述短序列A[k]、所述长序列C[k]和所述扩频序列S[k]，生成短序列的扩频序列S(A)[k]和长序列的扩频序列S(C)[k]；其中，S(A)[k]＝S[k]×A[k]，S(C)[k]＝S[k]×C[k]；

目标同步序列生成单元，用于利用所述短序列A[k]、所述短序列的扩频序列S(A)[k]、所述长序列C[k]和所述长序列的扩频序列S(C)[k]，生成所述目标同步序列。

其中，所述扩频序列S[k]为m序列或者Golden序列；

其中，所述扩频序列的每个元素的持续时间为T，T＝PT_s；T_s为原始重复结构同步序列的采样周期；P为调整因子，P是根据带宽和所述原始重复结构同步序列的长度确定的；其中，P为大于1的正整数。

其中，所述确定模块具体用于：对所述时域采样信号执行延时相关运算，并将执行延时相关运算的结果与所述扩频序列进行解扩处理，得到特殊重复结构同步序列的延时自相关函数。

本发明实施例还公开了一种适用于宽带无线通信系统的同步设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述方法实施例中适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。

其中，该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种适用于宽带无线通信系统的同步方法，其特征在于，包括：

接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步；

其中，所述目标同步序列的生成方法包括：

确定原始重复结构同步序列的短序列A[k]和长序列C[k]，其中，所述短序列用于粗同步，所述长序列用于精同步，所述短序列A[k]和所述长序列C[k]均为具有互相关近似为0、且延时自相关也近似为0的良好自相关和互相关特性的伪随机序列；其中，k为与时间有关的下标；

根据所述短序列A[k]、所述长序列C[k]和所述扩频序列S[k]，生成短序列的扩频序列S(A)[k]和长序列的扩频序列S(C)[k]；其中，S(A)[k]＝S[k]×A[k]，S(C)[k]＝S[k]×C[k]；

利用所述短序列A[k]、所述短序列的扩频序列S(A)[k]、所述长序列C[k]和所述长序列的扩频序列S(C)[k]，生成所述目标同步序列。

2.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步之前，还包括：

对所述延时自相关函数进行归一化处理。

3.根据权利要求2所述的同步方法，其特征在于，根据所述峰值实现符号定时同步之后，还包括：

根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

4.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，所述扩频序列S[k]为m序列或者Golden序列；

其中，所述扩频序列的每个元素的持续时间为T，T＝PT_s；T_s为原始重复结构同步序列的采样周期；P为调整因子，P是根据带宽和所述原始重复结构同步序列的长度确定的；其中，P为大于1的正整数。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的同步方法，其特征在于，所述确定所述时域采样信号的延时自相关函数，包括：

对所述时域采样信号执行延时相关运算，并将执行延时相关运算的结果与所述扩频序列进行解扩处理，得到特殊重复结构同步序列的延时自相关函数。

6.一种适用于宽带无线通信系统的同步装置，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于接收发送端发送的时域采样信号；所述时域采样信号的同步序列是通过：将原始重复结构同步序列的某一段序列与扩频序列相乘作为新序列，并与剩下的重复结构同步序列一起构建的目标同步序列；

确定模块，用于确定所述时域采样信号的延时自相关函数，所述延时自相关函数为利用所述扩频序列进行解扩处理后生成的；

第一同步模块，用于获取所述延时自相关函数的峰值，根据所述峰值实现符号定时同步；

其中，所述同步装置还包括：目标同步序列的生成模块，所述生成模块包括：

原始序列确定单元，用于确定原始重复结构同步序列的短序列A[k]和长序列C[k]，其中，所述短序列用于粗同步，所述长序列用于精同步，所述短序列A[k]和所述长序列C[k]均为具有互相关近似为0、且延时自相关也近似为0的良好自相关和互相关特性的伪随机序列；其中，k为与时间有关的下标；

扩频序列生成单元，用于根据所述短序列A[k]、所述长序列C[k]和所述扩频序列S[k]，生成短序列的扩频序列S(A)[k]和长序列的扩频序列S(C)[k]；其中，S(A)[k]＝S[k]×A[k]，S(C)[k]＝S[k]×C[k]；

目标同步序列生成单元，用于利用所述短序列A[k]、所述短序列的扩频序列S(A)[k]、所述长序列C[k]和所述长序列的扩频序列S(C)[k]，生成所述目标同步序列。

7.根据权利要求6所述的同步装置，其特征在于，还包括：

第二同步模块，用于根据所述延时自相关函数的相位实现频偏估计。

8.一种适用于宽带无线通信系统的同步设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的适用于宽带无线通信系统的同步方法的步骤。