CN111371719B - 一种循环序列的无线通信系统定时同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，将接收数据rd分为三路，其中第一路经过延时N_OFDM点数单元处理，得到延时N_OFDM点数单元的输出信号rd_dly，第二路经过共轭1单元处理，得到共轭1单元的输出信号rd_conj，第三路经过数据缓存单元处理，得到数据缓存单元的输出信号rd_buf；信号分为三路进行延时，共轭，缓存处理，准备待处理数据。该方法方法不用估计频偏以及纠正频偏的情况下，准确的完成定时同步，能够有效的降低大频偏干扰下的同步性能的影响；本专利设计的定时同步方法，能够有效的降低同步捕获灵敏度；本专利设计的定时同步方法，能够有效的降低等待同步捕获的功耗。

Description

一种循环序列的无线通信系统定时同步方法
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及多个重复序列作为同步序列时的OFDM调制的无线通信系统定时同步方法。
背景技术
大部分无线通信标准的同步序列都是采用粗同步短序列(STF)加精同步长序列(LTF)构成，粗同步短序列完成粗略帧同步，精同步长序列完成精细的帧同步，同时，通过精同步长序列完成小数频偏估计，通过粗同步短序列和精同步长序列共同完成整数频偏估计。
其缺点在于同步序列较长，不太适合突发通信的场合，效率较低；由于计算整数频偏需要使用FFT，运算量大，不适合对功耗有一定要求的场合。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中本发明所要解决的技术问题是：由于系统的晶振误差带来频率偏差，对于载频较高的窄带信号往往存在较大频率误差，定时同步性能不佳以及同步功耗开销大的缺点，本发明弥补上述现有技术的不足，提出一种循环序列的无线通信系统定时同步方法。
为解决上述技术问题，本发明提出一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其中假设N_OFDM是OFDM每个符号的点数，rd为接收数据。步骤包括：S1、将接收数据rd分为三路，其中第一路经过延时N_OFDM点数单元处理，得到延时N_OFDM点数单元的输出信号rd_dly，第二路经过共轭1单元处理，得到共轭1单元的输出信号rd_conj，第三路经过数据缓存单元处理，得到数据缓存单元的输出信号rd_buf；S2、将信号rd_dly与信号rd_conj经过复数乘法1单元处理，得到复数乘法1单元的输出信号rd_dif；S3、将上诉信号rd_dif经过幅度归一化1单元处理，得到幅度归一化1单元的输出信号rd_sign；S4、将上述信号rd_sign经过滑动累加单元处理，得到滑动累加单元的输出信号信号rd_sign_cic，其滑动平均长度为4倍N_OFDM点数；S5、将信号rd_sign_cic经过阈值判断单元处理，若信号大于阈值进入第S6步，否则一直在第S5步等待数据大于阈值；S6、以进入阈值时刻为起始点，找出后面2倍N_OFDM点数中的最大值点位置；S7、以最大值点位置为中心位置，在S1步骤中数据缓存单元输出信号rd_buf经过取出10倍N_OFDM点数数据单元处理，得到取出10倍N_OFDM点数数据单元的输出信号rd_2st；S8、将信号rd_2st分为2路数据，第一路信号经过延时N_OFDM-1的点数单元处理，得到延时N_OFDM-1的点数单元输出信号rd_2st_dly，第二路信号经过共轭2单元处理，得到共轭2单元的输出信号rd_2st_conj；S9、将信号rd_2st_dly与信号rd_2st_conj经过复数乘法2单元处理，得到复数乘法2单元的输出信号rd_dif_2st；S10、对信号rd_dif_2st经过幅度归一化2单元处理，得到幅度归一化2单元的输出信号rd_dif_2st_sign；S11、将信号rd_dif_2st_sign经过本地模板卷积单元处理，得到本地单元卷积单元的输出信号fval；S12、将信号fval数据分为4路，第一路不做任何处理，第二路信号经过延时1倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时1倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号fval_1dly，第三路信号经过延时2倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时2倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号fval_2dly，第四路信号延时3倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时3倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号fval_3dly；S13、进行多峰组合，将4路信号fval、fval_1dly、fval_2dly、fval_3dly进行相加合并，得到多峰合并信号fval_com；S14、找出多峰合并信号fval_com的最大值位置，最终得到定时同步结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：本专利设计的定时同步方法，不用估计频偏以及纠正频偏的情况下，准确的完成定时同步，能够有效的降低大频偏干扰下的同步性能的影响。
在一些实施例中，本专利设计的定时同步方法，能够有效的降低同步捕获灵敏度。
在一些实施例中，本专利设计的定时同步方法，能够有效的降低等待同步捕获的功耗。
附图说明
图1为本发明实施例的前导码框图。
图2本发明实施例定时同步框图。
图3本发明实施例数据的积分图。
图4本发明实施例匹配后的相关峰。
图5本发明实施例多相关峰的合并图。
具体实施方式
具体实施方式1
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述,PN采用32位的复数序列，PN数据如下表所示。PN时域数据如下表所示，其中序号为1表示PN的时域数据第1个点，其中i为虚数标记，比如PN(伪随机码)的第1个点为0.8760+0.8715i，则认为I路为0.8760，Q路为0.8715。
Figure GDA0003677116040000031
Figure GDA0003677116040000041
由图1所示，为该定时同步方法所对应的前导信号框图，该框图表示前导序列是由PN的时域数据循环5次得到。
假设N_OFDM是OFDM每个符号的点数，rd为接收数据。如图2所示，为本实施例流程图：
S1、将接收数据rd分为三路，其中第一路经过延时N_OFDM点数单元处理，得到rd_dly(延时N_OFDM点数单元的输出信号代号)，第二路经过共轭1单元处理，得到rd_conj(共轭1单元的输出信号代号)，第三路经过数据缓存单元处理，得到rd_buf(数据缓存单元的输出信号代号)；
步骤S2、将延时N_OFDM点数单元的输出信号rd_dly数据与共轭1单元的输出信号rd_conj经过复数乘法1单元处理，得到rd_dif(复数乘法1单元的输出信号代号)；
步骤S3、将上诉复数乘法单元输出信号rd_dif数据经过幅度归一化1单元处理，得到rd_sign(幅度归一化1单元的输出信号代号)，其中幅度归一化单元处理的规制如公式1所示。
rd_sign(k)＝cos(angle(rd_dif(k)))+1j*sin(angle(rd_dif(k)))...公式(1)
其中angle(.)为求相位函数，cos(.)为余弦函数，sin(.)为正弦函数。
步骤S4、将上述幅度归一化单元的输出信号rd_sign经过滑动累加单元处理，得到rd_sign_cic(滑动累加单元的输出信号代号)，如图3所示为滑动累加后的波形图，具体的处理方式是将rd_sign数据与cich系数进行卷积运算，其规制如公式2，得到rd_sign_cic，其cich系数长度为4倍N_OFDM点数；
Figure GDA0003677116040000051
其中cich的系数的值为1/(4*N_OFDM)，其值重复4*N_OFDM)次，构成cich系数；其中公式中M为cich的系数长度，也就是4倍N_OFDM点数；
步骤S5、将滑动累加单元输出信号rd_sign_cic经过阈值判断单元处理，若信号大于阈值进入第S6步，否则一直在第S5步等待数据大于阈值；
步骤S6、以进入阈值时刻为起始点，找出后面2倍N_OFDM点数中的最大值点位置；
步骤S7、以最大值点位置为中心位置，在S1步骤中数据缓存单元输出信号rd_buf经过取出10倍N_OFDM点数数据单元处理，得到rd_2st(取出10倍N_OFDM点数数据单元的输出信号代号)；
步骤S8、将信号rd_2st分为2路数据，第一路信号经过延时N_OFDM-1的点数单元处理，得到rd_2st_dly(延时N_OFDM-1的点数单元的输出信号代号)，第二路信号经过共轭2单元处理，得到rd_2st_conj(共轭2单元的输出信号代号)；
步骤S9、将信号rd_2st_dly与信号rd_2st_conj经过复数乘法2单元处理，得到rd_dif_2st(复数乘法2单元的输出信号代号)；
步骤S10、对信号rd_dif_2st经过幅度归一化2单元处理，得到rd_dif_2st_sign(幅度归一化2单元的输出信号代号)；其幅度归一化的规制如公式3。
rd_dif_2st_sign(k)＝cos(angle(rd_dif_2st(k)))+1j*sin(angle(rd_dif_2st(k)))......公式(3)
步骤S11、将信号rd_dif_2st_sign经过本地模板卷积单元处理，得到信号fval(本地单元卷积单元的输出信号代号)，如图4所示为数据fval的波形图，其规制如公式4；
其中pn_dif_temp(本地模板数据)的时域数据如下表所示，其中i为虚数标记，比如pn_dif_temp的第1个点为0+1i，则认为I路为0，Q路为1。
Figure GDA0003677116040000052
Figure GDA0003677116040000061
Figure GDA0003677116040000062
步骤S12、将信号fval数据分为4路，第一路不做任何处理，第二路信号经过延时1倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到fval_1dly(延时1倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号代号)，第二三路信号经过延时2倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到fval_2dly(延时2倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号代号)，第四路信号延时3倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到fval_3dly(延时3倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号代号)；
步骤S13、进行多峰组合，将4路信号fval、fval_1dly、fval_2dly、fval_3dly进行相加合并，得到信号fval_com(多峰合并信号)，如图5所示，为信号fval_com的波形图；
步骤S14、找出多峰合并信号fval_com的最大值位置，最终得到定时同步结果。
步骤S2和步骤S9经过延时，共轭以及乘法运算，完成了相位的差分运算，因此并不需要计算小数频偏和整数频偏以及纠正频偏，能够有效的降低同步大频偏干扰下的影响；
步骤S11～S13采用了多峰合并的处理，从而降低了同步捕获对信噪比的要求；
步骤S3～S5可以看出在同步捕获过程中，只用到1个复数乘法器、延时D触发器和加法器在工作，能够有效的降低等待同步捕获的功耗。

Claims (7)

1.一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将接收数据rd分为三路，其中第一路经过延时N_OFDM点数单元处理，得到延时N_OFDM点数单元的输出信号rd_dly，第二路经过共轭1单元处理，得到共轭1单元的输出信号rd_conj，第三路经过数据缓存单元处理，得到数据缓存单元的输出信号rd_buf；信号分为三路进行延时，共轭，缓存处理，准备待处理数据；
S2、将信号rd_dly与信号rd_conj经过复数乘法1单元处理，得到复数乘法1单元的输出信号rd_dif；其功能时得到rd数据当前N_OFDM点数与后N_OFDM点数的相位差；
S3，将信号rd_dif经过幅度归一化1单元处理，得到幅度归一化1单元的输出信号rd_sign；得到幅度为1，具有相位信息的数据；
S4，将信号rd_sign经过滑动累加单元处理，得到滑动累加单元的输出信号rd_sign_cic，其滑动平均长度为4倍N_OFDM点数；使得4倍N_OFDM点数数据，多个相似相位数据能够累加到一个点上，体现积分增益；
S5、将信号rd_sign_cic经过阈值判断单元处理，若信号大于阈值进入第S6步，否则一直在第S5步等待数据大于阈值；判断阈值，信号大于阈值则认为同步数据到来；
S6、以进入阈值时刻为起始点，找出后面2倍N_OFDM点数中的最大值点位置；找出最大积分增益信号的位置；
S7、以最大值点位置为中心位置，在S1步骤中数据缓存单元输出信号rd_buf经过取出10倍N_OFDM点数数据单元处理，得到取出10倍N_OFDM点数数据单元的输出信号rd_2st；其功能在于取出的10倍N_OFDM点中包含所有的同步数据。
2.根据权利要求1所述的一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，还包括如下步骤:
S8、将信号rd_2st分为2路数据，第一路信号经过延时N_OFDM-1的点数单元处理，得到延时N_OFDM-1的点数单元输出信号rd_2st_dly，第二路信号经过共轭2单元处理，得到共轭2单元的输出信号rd_2st_conj；信号分为2路进行延时，共轭，准备待处理数据；
S9、将信号rd_2st_dly与信号rd_2st_conj经过复数乘法2单元处理，得到复数乘法2单元的输出信号rd_dif_2st；其功能时得到rd数据当前N_OFDM点数与后N_OFDM点数的相位差；
S10、对信号rd_dif_2st经过幅度归一化2单元处理，得到幅度归一化2单元的输出信号rd_dif_2st_sign；得到幅度为1，具有相位信息的数据。
3.根据权利要求2所述的一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S11、将信号rd_dif_2st_sign经过本地模板卷积单元处理，得到本地单元卷积单元的输出信号fval，找出信号中与本地模板数据相似的数据，经过卷积运算，相似性高的数据会出现峰值；
S12、将信号fval数据分为4路，第一路不做任何处理，第二路信号经过延时1倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时1倍N OFDM个符号点数单元的输出信号fval_1dly，第三路信号经过延时2倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时2倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号fval_2dly，第四路信号延时3倍N_OFDM个符号点数单元处理，得到延时3倍N_OFDM个符号点数单元的输出信号fval_3dly；为多峰累加准备数据；
S13、进行多峰组合，将4路信号fval、fval_1dly、fval_2dly、fval_3dly进行相加合并，得到多峰合并信号fval_com；多峰的数据，合并到一个峰值；
S14、找出多峰合并信号fval_com的最大值位置，最终得到定时同步结果。
4.根据权利要求1所述的一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，步骤S3为将复数乘法1单元输出信号rd_dif数据经过幅度归一化单元处理，得到幅度归一化1单元的输出信号rd_sign，其中幅度归一化的规则如公式1：
rd_sign(k)＝cos(angle(rcl_dif(k)))+1j*sin(angle(rd_dif(k))) 公式1
其中angle(.)为求相位函数，cos(.)为余弦函数，sin(.)为正弦函数。
5.根据权利要求1所述的一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，步骤S4为将幅度归一化1单元的输出信号rd_sign经过滑动累加单元处理，得到滑动累加单元的输出信号rd_sign_cic，具体的处理方式是将rd_sign数据与cich系数进行卷积运算，其规则如公式2：
Figure FDA0003677116030000021
其中cich的系数的值为1/(4*N_OFDM)，其值重复4*N_OFDM次，构成cich系数；其中公式中M为cich的系数长度，也就是4倍N_OFDM点数。
6.根据权利要求3所述的一种循环序列的无线通信系统定时同步方法，其特征在于，步骤S13为将fval、fval_1dly、fval_2dly、fval_3dly数据进行逐点相加，得到多峰合并信号fval_com。
7.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6任一项所述方法。
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