CN114928520A - 一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通信技术领域的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，包括：广义频分复用GFDM的接收机检测广义频分复用GFDM的发送机发送的模拟电信号；对检测到的模拟电信号进行模数转换，得到实数字信号；对实数字信号的序列结构进行分析改进，并使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步；采用延迟相关算法计算实数字信号的频偏并对实数字信号进行补偿；根据补偿后的实数字信号找出路径定时点；本发明将接收的广义频分复用GFDM模拟电信号进行分析改进，并依次进行粗补偿和细补偿，实现载波频率同步，提高定时精度的同时还降低了算法的复杂度。

Description

一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法。
背景技术
随着信息时代的不断发展，移动通信已然成为应用最广泛的信息传输系统。现如今，人们对通信的可靠性和即时性要求越来越高，这预示着未来移动通信将朝着稳定、高效和多元化的方向发展。面对即将到来的大量应用场景：机器通信、机器间通信、车辆通信、物联网等，4G已经不能满足未来通信系统的低时延、低功率的要求了，5G已成为移动通信发展的新一代移动通信系统。
作为4G主流多载波技术的正交频分复用OFDM是一种子载波互相正交的多载波调制方案，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、传输速度快等优点，且OFDM同步、信道估计、均衡等技术均取得了意义重大的研究成果，但OFDM也存在一些缺点，带外辐射较大且具有相同的子载波间隔，使其很难配置在零散频段上，且同步要求高、对时偏和频偏敏感和峰均功率比高，使其不再符合5G移动通信系统所描绘的场景了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，将接收的广义频分复用GFDM模拟电信号进行分析改进，并依次进行粗补偿和细补偿，实现载波频率同步，提高定时精度的同时还降低了算法的复杂度。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，包括：
广义频分复用GFDM的接收机检测广义频分复用GFDM的发送机发送的模拟电信号；
对检测到的模拟电信号进行模数转换，得到实数字信号；
对实数字信号的序列结构进行分析改进，并使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步；
采用延迟相关算法计算实数字信号的粗频偏并对实数字信号进行粗补偿；利用M段分段相关算法计算实数字信号的细频偏并对实数字信号进行细补偿；
根据补偿后的实数字信号找出路径定时点。
优选的，对实数字信号的序列结构进行分析改进的方法包括：
将实数字信号的序列结构设置为CP段和四部分数据结构，获得训练序列结构；所述四部分数据结构长度相等；前两部分数据结构与后两部分数据结构相同且内部数据具体共轭对称特性，表达为[CP AB A B]，B是A先进行逆向排列再取共轭对称的结果。
优选的，使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步的方法包括：
利用自相关函数计算训练序列结构中每一个采样点的自相关值，将所有的自相关值组成自相关序列；
通过能量值公式计算采样序列中每一个采样点的能量值，将所有的能量值组成能量序列；
根据自相关值依次截取等长的子自相关序列，根据能量值依次截取等长的子能量序列；将相对应的子自相关序列平方和子能量序列平方进行相除操作，并将相除操作后的结果进行取绝对值操作，获得多个归一化子自相关序列；
对每一个归一化子自相关序列进行相加操作，得到对应采样点的粗符号定时度量值，将所有粗符号定时度量值组成粗符号定时度量序列；找出粗符号定时度量序列中最大值对应的采样点，该采样点在采样序列中出现的时刻为粗符号定时同步时刻。
优选的，所述自相关函数的表达公式为：
Figure BDA0003610102290000031
其中，PA[n]表示为训练序列中采样点A的自相关值，K为子载波数，k为当前定时点，n为序列变换点，r(·)表示采样点。
优选的，所述归一化的能量表达公式为：
Figure BDA0003610102290000032
公式中，RA[n]表示为训练序列中采样点A的能量值。
优选的，计算实数字信号的粗频偏的表达公式为：
Figure BDA0003610102290000033
公式中，N表示为傅里叶变换的点数，Nt表示为本地训练序列的长度，εn表示为整数倍频偏的估计值，计算Mf值最大时对应的εn并作为粗频偏。
优选的，利用M段相关法计算细频偏表达公式为：
Figure BDA0003610102290000034
公式中，q2[n]表示为后半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积，
Figure BDA0003610102290000035
表示为对前半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积取共轭。
优选的，忽略信道影响和噪声干扰的情况下，接收机的接收数据和发送机的发送数据之间的频偏补偿公式为：
Figure BDA0003610102290000041
其中，ε为归一化频偏，包含整数倍频偏
Figure BDA0003610102290000042
和小数倍频偏
Figure BDA0003610102290000043
r[n]表示为时域接收信号；
根据粗频偏对整数倍频偏
Figure BDA0003610102290000044
进行补偿，根据细频偏对小数倍频偏
Figure BDA0003610102290000045
进行补偿。
优选的，根据补偿后的实数字信号找出路径定时点的方法包括
路径定时点
Figure BDA0003610102290000046
的计算公司为：
Figure BDA0003610102290000047
其中TTh表示第一径检测阈值。
本发明第二方面提供了计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述广义频分复用时频同步方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明将实数字信号的序列结构设置为CP段和四部分数据结构，获得训练序列结构，表达为[CP AB A B]，改进了归一化能量的计算方法，完成了粗符号定时同步，解决了现有同步方案中的定时模糊平台问题，并消减了副峰干扰问题，使定时度量曲线更加尖锐，在提高定时精度的同时，还降低了算法的复杂度。
(2)本发明中采用延迟相关算法计算实数字信号的粗频偏并对实数字信号进行粗补偿；利用M段分段相关算法计算实数字信号的细频偏并对实数字信号进行细补偿；根据补偿后的实数字信号找出路径定时点，降低计算复杂度，提高了运算效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的训练序列结构图；
图2是本发明实施例提供的GFDM系统发射和接收的流程图；
图3是本发明实施例提供的广义频分复用时频同步方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本发明第一方面提供了一种基于步态信息的疲劳检测方法，包括：一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，包括：
如图2所示，广义频分复用GFDM的接收机检测广义频分复用GFDM的发送机发送的模拟电信号；
对检测到的模拟电信号进行模数转换，得到实数字信号；
对实数字信号的序列结构进行分析改进的方法包括：
如图1所示，将实数字信号的序列结构设置为CP段和四部分数据结构，获得训练序列结构；所述四部分数据结构长度相等；前两部分数据结构与后两部分数据结构相同且内部数据具体共轭对称特性，表达为[CP AB A B]，B是A先进行逆向排列再取共轭对称的结果。
使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步的方法包括：
利用自相关函数计算训练序列结构中每一个采样点的自相关值，将所有的自相关值组成自相关序列；
所述自相关函数的表达公式为：
Figure BDA0003610102290000061
其中，K为子载波数，k为当前定时点，n为序列变换点，r(·)表示采样点，
通过能量值公式计算采样序列中每一个采样点的能量值，将所有的能量值组成能量序列；
所述归一化的能量表达公式为：
Figure BDA0003610102290000062
公式中，PA[n]表示为训练序列中采样点A的自相关值，RA[n]表示为训练序列中采样点A的能量值；根据自相关值依次截取等长的子自相关序列，根据能量值依次截取等长的子能量序列；将相对应的子自相关序列平方和子能量序列平方进行相除操作，获得多个归一化子自相关序列；
对每一个归一化子自相关序列进行相加操作，得到对应采样点的粗符号定时度量值，将所有粗符号定时度量值组成粗符号定时度量序列；找出粗符号定时度量序列中最大值对应的采样点，该采样点在采样序列中出现的时刻为粗符号定时同步时刻；
如图3所示，采用延迟相关算法计算实数字信号的粗频偏的表达公式为：
Figure BDA0003610102290000063
公式中，N表示为傅里叶变换的点数，Nt表示为本地训练序列的长度，εn表示为整数倍频偏的估计值，
计算Mf值最大时对应的εn并作为粗频偏。
利用M段分段相关算法利用M段相关法计算细频偏表达公式为：
Figure BDA0003610102290000071
公式中，q2[n]表示为后半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积，
Figure BDA0003610102290000072
表示为对前半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积取共轭。
忽略信道影响和噪声干扰的情况下，接收机的接收数据和发送机的发送数据之间的频偏补偿公式为：
Figure BDA0003610102290000073
其中，ε为归一化频偏，包含整数倍频偏
Figure BDA0003610102290000074
和小数倍频偏
Figure BDA0003610102290000075
r[n]表示为时域接收信号；
根据粗频偏对整数倍频偏
Figure BDA0003610102290000076
进行补偿，根据细频偏对小数倍频偏
Figure BDA0003610102290000077
进行补偿。
根据补偿后的实数字信号找出路径定时点的方法包括：
路径定时点
Figure BDA0003610102290000078
的计算公式为：
Figure BDA0003610102290000079
其中TTh表示第一径检测阈值。
实施例二
计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述广义频分复用时频同步方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，包括：
广义频分复用GFDM的接收机检测广义频分复用GFDM的发送机发送的模拟电信号；
对检测到的模拟电信号进行模数转换，得到实数字信号；
对实数字信号的序列结构进行分析改进，并使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步；
采用延迟相关算法计算实数字信号的粗频偏并对实数字信号进行粗补偿；利用M段分段相关算法计算实数字信号的细频偏并对实数字信号进行细补偿；
根据补偿后的实数字信号找出路径定时点。
2.根据权利要求1所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，对实数字信号的序列结构进行分析改进的方法包括：
将实数字信号的序列结构设置为CP段和四部分数据结构，获得训练序列结构；所述四部分数据结构长度相等；前两部分数据结构与后两部分数据结构相同且内部数据具体共轭对称特性，表达为[CP AB A B]，B是A先进行逆向排列再取共轭对称的结果。
3.根据权利要求2所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，使用实数字信号的自相关函数完成粗符号定时同步的方法包括：
利用自相关函数计算训练序列结构中每一个采样点的自相关值，将所有的自相关值组成自相关序列；
通过能量值公式计算采样序列中每一个采样点的能量值，将所有的能量值组成能量序列；
根据自相关值依次截取等长的子自相关序列，根据能量值依次截取等长的子能量序列；将相对应的子自相关序列平方和子能量序列平方进行相除操作，并将相除操作后的结果进行取绝对值操作，获得多个归一化子自相关序列；
对每一个归一化子自相关序列进行相加操作，得到对应采样点的粗符号定时度量值，将所有粗符号定时度量值组成粗符号定时度量序列；找出粗符号定时度量序列中最大值对应的采样点，该采样点在采样序列中出现的时刻为粗符号定时同步时刻。
4.根据权利要求3所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，所述自相关函数的表达公式为：
Figure FDA0003610102280000021
其中，PA[n]表示为训练序列中采样点A的自相关值，K为子载波数，k为当前定时点，n为序列变换点，r(·)表示采样点。
5.根据权利要求4所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，所述归一化的能量表达公式为：
Figure FDA0003610102280000022
公式中，RA[n]表示为训练序列中采样点A的能量值。
6.根据权利要求5所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，计算实数字信号的粗频偏的表达公式为：
Figure FDA0003610102280000031
公式中，N表示为傅里叶变换的点数，Nt表示为本地训练序列的长度，εn表示为整数倍频偏的估计值，计算Mf值最大时对应的εn并作为粗频偏。
7.根据权利要求6所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，利用M段相关法计算细频偏表达公式为：
Figure FDA0003610102280000032
公式中，q2[n]表示为后半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积，
Figure FDA0003610102280000033
表示为对前半段粗频偏补偿后的接收信号与本地训练序列共轭的乘积取共轭。
8.根据权利要求7所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，忽略信道影响和噪声干扰的情况下，接收机的接收数据和发送机的发送数据之间的频偏补偿公式为：
Figure FDA0003610102280000034
其中，ε为归一化频偏，包含整数倍频偏
Figure FDA0003610102280000035
和小数倍频偏
Figure FDA0003610102280000036
r[n]表示为时域接收信号；
根据粗频偏对整数倍频偏
Figure FDA0003610102280000039
进行补偿，根据细频偏对小数倍频偏
Figure FDA00036101022800000310
进行补偿。
9.根据权利要求8所述的一种用于补偿频偏的广义频分复用时频同步方法，其特征在于，根据补偿后的实数字信号找出路径定时点的方法包括
路径定时点
Figure FDA0003610102280000037
的计算公式为：
Figure FDA0003610102280000038
其中TTh表示第一径检测阈值。
10.计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求9任意一项所述广义频分复用时频同步方法的步骤。
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