CN114679360B

CN114679360B - 一种利用循环前缀实现ofdm符号同步的方法

Info

Publication number: CN114679360B
Application number: CN202210151414.9A
Authority: CN
Inventors: 马志刚; 冀军; 汪学宇; 刘伟; 王兴云
Original assignee: Remaster Shenzhen Technology Co ltd
Current assignee: Remaster Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2042-02-18
Also published as: CN114679360A

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，分别计算信号当前采样点与延时采样点之间的幅度比值和相位差，如果计算出来的幅度比值与1的差值的绝对值小于门限值，同时该采样点前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值小于门限值，则该采样点为循环前缀采样点。利用循环前缀是OFDM符号末段复制的特征，逐点计算信号当前采样点与延迟一个OFDM符号长度的采样点的幅度比值和相位差值，利用幅度比值和相位差值的特征判断当前采样点是否为循环前缀，在找出所有的循环前缀点后，就可以找到符号边界，为下一步帧同步做准备。它克服了传统依靠滑动相关计算运算量大，并且无法对载波数比较少的OFDM信号进行同步的缺点。

Description

一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种利用循环前缀实现OFDM 符号同步的方法。

背景技术

正交频分复用信号(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信技术广泛应用于无线通信领域，如4G，5G和WLAN等无线通信技术。对OFDM信号，同步对于信号的解调分析至关重要。同步技术的第一步是进行时域同步，也就是符号定时同步。OFDM符号定时同步是指获得OFDM符号或者循环前缀(Cyclic Prefix，CP)开始的精确时刻，符号定时同步直接决定了快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)的窗口，因此对数据解调非常重要。

OFDM是在正交的子载波上进行数据传输，因此保证各个载波的正交性是整个系统的核心，而符号同步对于正交性的影响非常大。如果符号没有同步，OFDM 系统的正交性就无法得到保证。因此，符号同步对于OFDM系统非常重要。

传统符号同步技术是基于CP使用信号采样点与延迟采样点数进行滑动相关。该方法的缺点是：1.滑动相关会涉及大量的数据的共轭相乘，运算量大。2.当OFDM 信号实际使用的OFDM子载波数比较少的时候，滑动相关很难得到明显的峰值特征，导致符号同步不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，旨在解决现有技术中，OFDM符号同步不准确的问题。本发明通过计算采样点与延迟采样点数的幅度比值和相位差，并利用幅度比值和相位差的特征进行符号同步，不会涉及相关运算，同时对子载波比较少的OFDM也能实现精确的符号同步。

为达到上述目的，本申请是通过如下技术方案实现的，一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，该方法分别计算信号当前采样点与延时采样点之间的幅度比值和相位差，如果计算出来的幅度比值与1的差值的绝对值小于门限值，同时该采样点前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值小于门限值，L为自然数，表示半个窗口长度，则该采样点为循环前缀采样点。该方法不需要进行大量的滑动相关运算，可以节省大量硬件资源。

可选的，包括以下步骤：

步骤一，S(k)代表时域采样序列，k为自然数，k＝0,1,2,3…；计算当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的相位差值P(k)，FFTSize表示OFDM信号的FFT点数；

步骤二，计算P(k)前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值 Pd(k)；

步骤三，计算当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的幅度比值M(k)；

步骤四，通过M(k)和Pd(k)判定第k个采样点是否属于循环前缀，如果是循环前缀则将循环前缀指示值A(k)设为1，否则将循环前缀指示值A(k)设为0；

步骤五，对A(k)取差分，即令B(k)＝A(k+1)-A(k)；

步骤六，如果B(k)大于0.5，则k为循环前缀CP的边界。

可选的，步骤二中L值的具体大小需要根据信号质量进行调整。

可选的，所述步骤四中如果M(k)与1差值的绝对值|M(k)-1|小于门限值 T1且Pd(k)小于门限值T2，则当前采样点为循环前缀CP，令A(k)＝1，否则令 A(k)＝0。

可选的，门限值T1需要根据信号质量进行调整。

可选的，门限值T2需要根据信号质量进行调整。

与现有技术相比，本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，利用循环前缀是OFDM符号末段复制的特征，逐点计算信号当前采样点与延迟一个OFDM符号长度的采样点的幅度比值和相位差值，利用幅度比值和相位差值的特征判断当前采样点是否为循环前缀，在找出所有的循环前缀点后，就可以找到符号边界，为下一步帧同步做准备。它克服了传统依靠滑动相关计算运算量大，并且无法对载波数比较少的OFDM信号进行同步的缺点。

优点在于：1.运算量很小，只有简单的幅度和相位检测，不需要进行滑动相关运算，可以节省大量的硬件资源和处理时间。2.检测方法稳定可靠，不仅适用于子载波比较少的OFDM，也适用于子载波很多的OFDM信号，适用性广。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的总体流程图；

图2为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的 OFDM信号的采样序列；

图3为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的相位差值；

图4为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的当前采样点S(k)与S(k+FFTSize)的幅度比值绝对值；

图5为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的判决当前采样点是否为CP结果；

图6为本发明提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法的CP 起始位置判定结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

参照图1-6所示，为本发明提供的较佳实施例。

一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，该方法分别计算信号当前采样点与延时采样点之间的幅度比值和相位差，如果计算出来的幅度比值与1的差值的绝对值小于门限值，同时该采样点前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值小于门限值，L为自然数，表示半个窗口长度，2*L+1 为整个窗口长度，则该采样点为循环前缀采样点。

本实施例提供的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，利用循环前缀是OFDM符号末段复制的特征，逐点计算信号当前采样点与延迟一个OFDM 符号长度的采样点的幅度比值和相位差值，利用幅度比值和相位差值的特征判断当前采样点是否为循环前缀，在找出所有的循环前缀点后，就可以找到符号边界，为下一步帧同步做准备。它克服了传统依靠滑动相关计算运算量大，并且无法对载波数比较少的OFDM信号进行同步的缺点。

具体的，在本实施例中：

以一个100MHz带宽的5G NR上行信号为例，信号参数配置如下： CellID＝0，TransformPrecoding＝'disable'，RBOffset＝0，RBNumber＝10， Numerlogy＝1。

输入信号按照122.88MHz的采样速率进行采样，图2为输入信号的采样序列S(k)。

一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法包括以下步骤：

步骤一，计算当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的相位差值P(k)。 S(k)是OFDM信号的采样结果，采样是按照OFDM要求的基带采样速率进行采样的，也就是子载波间距乘以FFT点数。其中，S(k)代表时域采样序列，k为自然数，k＝0,1,2,3…；FFTSize表示OFDM信号的FFT点数，延时采样点 S(k+FFTSize)表示相比当前采用延迟FFTSize个点数的采样点。

在本实施中，FFT点数为4096。图3为当前采样点S(k)与延时采样点 S(k+FFTSize)的相位差值计算结果。

步骤二，计算P(k)前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值：Pd(k)。在CP的区间内，Pd(k)几乎是一个恒值，该恒值大小与采样速率有关。

其中2*L+1为整个窗口长度，L为自然数，L的值可以进行调整，L值的具体大小需要根据信号质量进行调整。

步骤三，计算当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的幅度比值绝对值M(k)。如果当前采样值落在CP区间内，M(k)接近于1，如果不在CP区间内，则M(k)的值没有任何规律。图4为当前采样点S(k)与S(k+FFTSize)的幅度比值绝对值计算结果。

步骤四，通过M(k)和Pd(k)判定第k个采样点是否属于循环前缀，如果是循环前缀则将循环前缀指示值A(k)设为1，否则将循环前缀指示值A(k)设为0。

例如，如果M(k)与1差值的绝对值|M(k)-1|小于门限值T1且Pd(k)小于门限值T2，则当前采样点为循环前缀CP，令A(k)＝1，否则当前采样点不是循环前缀CP，令A(k)＝0。

门限值T1可根据信号质量进行适当调整。如果信号质量比较好，T1可以定的小些。

门限值T2可根据信号质量进行适当调整。如果信号质量比较好，T2可以定的小些。

图5为判断第k个采样点是否属于循环前缀的判定结果。可以看到，循环前缀的采样点已经被正确第识别出来，其中数值为1的采样点代表循环前缀采样点。

步骤五，对A(k)取差分，即令B(k)＝A(k+1)-A(k)。图6为对循环前缀指示值A(k)求差分后B(k)的结果。

步骤六，如果B(k)>0.5，则k为循环前缀CP的边界。通过该步骤，就可以提取出信号中左右循环前缀CP的边界，从而知道了循环前缀CP的起始位置，也就能够确定OFDM符号的起始位置。从图6可以看出，第1408和第5791 个采样点为循环前缀的起始位置，也就知道了OFDM符号的起始位置。

在本实施例中，利用循环前缀是OFDM符号末段复制的特征，逐点计算信号当前采样点与延迟一个OFDM符号长度的采样点的幅度比值和相位差值，利用幅度比值和相位差值的特征判断当前采样点是否为循环前缀，在找出所有的循环前缀点后，就可以找到符号边界，为下一步帧同步做准备。它克服了传统依靠滑动相关计算运算量大，并且无法对载波数比较少的OFDM信号进行同步的缺点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，其特征在于，该方法分别计算信号当前采样点与延时采样点之间的幅度比值和相位差，如果计算出来的幅度比值与1的差值的绝对值小于门限值，同时该采样点前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值小于门限值，2*L+1为整个窗口长度，L为自然数，则该采样点为循环前缀采样点；

该方法包括以下步骤：

步骤一，S(k)代表时域采样序列，k为自然数，k=0,1,2,3…；计算当前采样点S(k)与延时采样点S(k+FFTSize)的相位差值P(k)，FFTSize表示OFDM信号的FFT点数，延时采样点S(k+FFTSize) 表示相比当前采样点延迟FFTSize个点数的采样点；

步骤二，计算P(k)前后2*L+1个区间内的最大值与最小值的差值的绝对值Pd(k)；

步骤四，通过M(k)和Pd(k)判定第k个采样点是否属于循环前缀，如果M(k)与1差值的绝对值|M(k)-1|小于门限值T1且Pd(k)小于门限值T2，则当前采样点为循环前缀CP，令A(k)=1，否则令A(k)=0；

步骤五，对A(k)取差分，即令B(k)=A(k+1)-A(k)；

步骤六，如果B(k)大于0.5，则k为循环前缀CP的边界。

2.根据权利要求1所述的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，其特征在于，步骤二中L值的具体大小根据信号质量进行调整。

3.根据权利要求2所述的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，其特征在于，门限值T1根据信号质量进行调整。

4.根据权利要求2所述的一种利用循环前缀实现OFDM符号同步的方法，其特征在于，门限值T2根据信号质量进行调整。