CN115348144B - Ofdm帧同步方法及系统和载波频率偏差计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种OFDM帧同步方法，包括：形成OFDM帧的重复短训练序列结构，对接收前导信号进行匹配滤波运算；进行差分检测；进行第一滑动平均，对获得对应短训练符号的符号同步时刻；求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；取得短训练符号的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；进行第二滑动平均；执行粗频偏计算；得到短训练符号的相关峰值；扰码解扩输出信号进行前后信号差分；进行第三滑动平均，取其实部得到峰值信号；对得到相关峰值进行择大，得到帧同步位置；执行精频偏计算。本发明还涉及一种OFDM帧同步系统。本发明能在低载噪比、大载波频率偏差条件下，实现快速可靠同步，计算复杂度小，检测准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种OFDM帧同步方法及系统，以及一种载波频率偏差计算方法及系统。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)是一种多载波并行技术，其具有频率利用率高、抵抗频率选择性衰落，多径干扰以及窄带干扰能力强的优点，成为了通信技术研究的热点。
近年来，OFDM技术被广泛应用于宽带无线通信，微功率无线通信以及电力线载波通信等领域，例如，IEEE 802.15.4g MR-OFDM技术标准以及国家电网的双模互通的高速无线OFDM标准。但是OFDM对同步误差很敏感，同步技术通常分为帧同步和频率同步，帧同步首先进行帧检测，确定帧信号的到来，接着进行定时同步，确定OFDM符号的起始位置；帧同步关系到数据传输的可靠性和正确性，是OFDM接收机的关键技术。
另外,在OFDM解调时,其性能会受到载波频率偏差(CFO)的影响,从而影响OFDM性能。载波频率偏差的主要来源是多普勒频移和通信发送端与通信接收端本地振荡器的频率偏差。因此,在OFDM解调之前进行载波频率同步非常重要，其关键是载波频率偏差的计算技术。
帧同步常用的两种算法为自相关算法和互相关算法。
自相关是利用重复的短训练序列，进行延时自相关运算(差分)，该算法能够有效抵抗载波频率偏差；然而，自相关函数在重复的短训练序列出现位置呈平台特性，导致了无法准确地计算帧同步位置。在低信噪比时，上述差分运算导致差分检测信号的信噪比严重受损，导致自相关函数波形出现严重变形，从而导致计算错误。
互相关算法是接收信号序列与本地已知的训练系列进行相关，具有相关峰值尖锐同步准确，抗噪声能力强等特点，但是，在输入信号的载波频率偏差较大的场合，互相关算法检测损耗很大乃至无法正常工作；当通信频道的载波频率较高，并且采用低成本的普通晶体振荡器时，载波频率偏差都很大；更进一步，帧同步属于接收机同步中的第一个环节，无法在帧同步之前计算载波频率偏差并进行补偿。
在输入信号低载噪比、大载波频率偏差条件下，接收机的快速、可靠的初始同步是一个待解决的技术难题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。需要说明的是各步骤编号S1-S11仅是为了区分各步骤进行的标识，并不限制实施的先后顺序，在符合原理的情况下本发明的某些步骤可以并行实施。
本发明要解决的技术问题是提供一种在输入信号低载噪比、大载波频率偏差条件下能快速初始同步的OFDM帧同步方法。以及，一种OFDM帧同步系统。
本发明还提供了一种基于所述OFDM帧同步方法的载波频率偏差计算方法，以及一种基于所述OFDM帧同步系统的载波频率偏差计算系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的OFDM帧同步方法，包括以下步骤：
S1，形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
S2，利用短训练序列结构的短训练序列符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
S3，进行差分检测；
S4，对差分检测输出信号进行第一滑动平均，对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值；OFDM帧来到时，该最大值所在位置对应短训练符号的符号同步时刻；
S5，求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
S6，将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限(fs_th)，则判断OFDM帧到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
S7，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
S8，进行第二滑动平均；
S9，执行粗频偏计算；
S10，进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
S11，执行扰码解扩，通过累加器累加，累加长度为到扰码重复系数(如图1中示例，B＝2，累加两次)，扰码解扩器去除扰码的影响，对扰码解扩输出信号进行前后信号差分；
S12，进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号，取其实部得到峰值信号；
S13，对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限(fs_cnfth)，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
S14，输出择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算；
其中，上述步骤S1-S14用于区分各步骤，不限定各步骤执行顺序。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，所述重复短训练序列结构由重复次数为B*10次的短训练符号序列与扩展扰码序列相乘获得，B≥1。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，所述扩展扰码序列为10比特的扰码序列经过每个比特重复B次获得，B≥1。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，所述差分检测包括：匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘，所述指定延迟为L延迟，L为短训练符号长度。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，执行第一滑动平均k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
其中，Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，M为滑动平均的平均长度。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，步骤S5中功率归一化包括：
S5.1，对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练符号长度；
S5.2，对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
S5.3，用平滑后的信号相关峰值进行归一化。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，第二滑动平均为功率最大比准则滑动平均；
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，执行粗频偏计算包括
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步方法，执行精频偏计算包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数。
为解决上述技术问题，本发明提供一种OFDM帧同步系统，包括：
训练单元，其用于形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
匹配滤波单元，其利用短训练序列结构的短训练符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
第一差分单元，其对匹配滤波单元输出信号进行差分检测；
第一滑动平均单元，其对差分检测输出信号，进行第一滑动平均；
搜索单元，其对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值，获得最大值为短训练匹配滤波的相关峰值，其所在位置为短训练符号的符号同步时刻；
功率归一化单元，其求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
检测单元，其将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限(fs_th)，则判断帧信号到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
峰值提取单元，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
第二滑动平均单元，其对相关峰值进行第二滑动平均；
粗频偏计算单元，其用于计算粗频偏；
相关累加单元，其进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
扰码解扩单元，其通过累加器累加，累加长度为到扰码重复系数(如图1中示例，B＝2，累加两次)，扰码解扩器去除扰码的影响，对扰码解扩输出信号进行前后信号差分；
第二差分单元，其对扰码解扩输出单元信号进行前后信号差分；
第三滑动平均单元，对第二差分单元输出信号进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号；
峰值获取单元，其获取第三滑动平均单元输出信号实部得到相关峰值；
同步位置获取单元，其对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限(fs_cnfth)，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
精频偏计算单元，其对相关峰值择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，所述重复短训练序列结构由重复次数为B*10次的短训练符号序列与扩展扰码序列相乘获得，B≥1。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，所述扩展扰码序列为10比特的扰码序列经过每个比特重复B次获得，B≥1。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，第一差分单元执行差分检测包括：匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘，所述指定延迟为L延迟，L为短训练符号长度。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，第一滑动平均单元进行第一滑动平均k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
其中，Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，M为滑动平均的平均长度。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，功率归一化单元执行功率归一化包括：
对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练符号长度；
对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
用平滑后的信号相关峰值进行归一化。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，第二滑动平均单元执行第二滑动平均为功率最大比准则滑动平均；
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，执行粗频偏计算包括
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率。
可选择的，进一步改进所述的OFDM帧同步系统，执行精频偏计算包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数。
本发明工作原理：本发明通过匹配滤波的相干检测与差分检测的混合检测技术，差分检测能有效地抵抗载波频率偏差的影响；相干检测能提高信噪比，克服低输入信号信噪比低时，差分检测严重损害检测信号信噪比的缺陷；本发明通过短训练符号的匹配滤波检测与扰码比特的匹配滤波检测，能提供高可靠性，相关峰值尖锐，帧同步准确度高；本发明通过帧同步与频率计算的联合检测技术，复杂度小，检测性能高；本发明通过功率最大比准则的差分信号平均，提高载波频率偏差计算的可靠性和检测性能；因此，本发明能在低载噪比、大载波频率偏差条件下，接收机的快速可靠同步。帧同步与频率计算联合检测，计算复杂度小，检测准确度高。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例所述的短训练系列结构示意图。
图2是本发明原理示意图一。
图3是本发明原理示意图二。
图4是本发明帧同步检测性能示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
本发明提供一种OFDM帧同步方法，包括以下步骤：
S1，形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
S2，利用短训练序列结构的短训练序列符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
S3，进行差分检测；
S4，对差分检测输出信号进行第一滑动平均，对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值；OFDM帧来到时，该最大值所在位置对应短训练符号的符号同步时刻；
S5，求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
S6，将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限(fs_th)，则判断OFDM帧到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
S7，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
S8，进行第二滑动平均；
S9，执行粗频偏计算；
S10，进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
S11，执行扰码解扩，扰码解扩输出信号进行前后信号差分；
S12，进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号，取其实部得到峰值信号；
S13，对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限(fs_cnfth)，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
S14，输出择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算；
其中，上述步骤S1-S14用于区分各步骤，不限定各步骤执行顺序。
第二实施例；
参考图1、图2和图3所示，本发明提供一种OFDM帧同步方法，包括以下步骤：
S1，形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
示例性的，OFDM系统同步所用OFDM帧的重复短训练序列结构，短训练序列符号为“s”，重复了B*10次，与一个10比特的扰码序列[-1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 1]相乘(本图示例B＝2，重复20次)；
S2，利用短训练序列结构的短训练序列符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
S3，进行差分检测，匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘，所述指定延迟为L延迟，L为短训练符号长度；
S4，对差分检测输出信号进行第一滑动平均，k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，，M为滑动平均的平均长度；
对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值；OFDM帧来到时，该最大值所在位置对应短训练符号的符号同步时刻；
S5，求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化，功率归一化包括：
S5.1，对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练符号长度；
S5.2，对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
S5.3，用平滑后的信号相关峰值进行归一化；
S6，将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限(fs_th)，则判断OFDM帧到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
S7，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
S8，采用功率最大比准则进行第二滑动平均，包括：
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号；
S9，执行粗频偏计算，包括：
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率；
S10，进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
S11，执行扰码解扩，扰码解扩输出信号进行前后信号差分；
S12，进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号，取其实部得到峰值信号；
S13，一个扰码比特根据重复系数(即B)覆盖B个短训练符号的加扰处理。为了找到扰码比特的边界，从可能的边界取得信号，各自进行上述检测，得到各自的相关峰值后，进行择大。当择大后的相关峰值大于预定门限fs_cnfth，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
S14，输出择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算，包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数；
参考图4所示，利用本发明第二实施在白噪声信道的帧误检性能，输入信号的载波频率偏差为6kHz，当信噪比高于-6dB时，误检概率低于10-2。
第三实施例；
本发明提供一种OFDM帧同步系统，包括：
训练单元，其用于形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
匹配滤波单元，其利用短训练序列结构的短训练符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
第一差分单元，其对匹配滤波单元输出信号进行差分检测；
第一滑动平均单元，其对差分检测输出信号，进行第一滑动平均；
搜索单元，其对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值，获得最大值为短训练匹配滤波的相关峰值，其所在位置为短训练符号的符号同步时刻；
功率归一化单元，其求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
检测单元，其将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限(fs_th)，则判断帧信号到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
峰值提取单元，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
第二滑动平均单元，其对相关峰值进行第二滑动平均；
粗频偏计算单元，其用于计算粗频偏；
相关累加单元，其进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
扰码解扩单元，其根据扰码重复系数进行扰码解扩；
第二差分单元，其对扰码解扩输出单元信号进行前后信号差分；
第三滑动平均单元，对第二差分单元输出信号进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号；
峰值获取单元，其获取第三滑动平均单元输出信号实部得到相关峰值；
同步位置获取单元，其对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限(fs_cnfth)，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
精频偏计算单元，其对相关峰值择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算。
第四实施例；
本发明提供一种OFDM帧同步系统，包括：
训练单元，其用于形成OFDM帧的重复短训练序列结构，所述重复短训练序列结构由重复次数为B*10次的短训练符号序列与扩展扰码序列相乘获得，B≥1，所述扩展扰码序列为10比特的扰码序列经过每个比特重复B次获得，B≥1；
匹配滤波单元，其利用短训练序列结构的短训练符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
第一差分单元，其对匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘实现差分检测，所述指定延迟为L延迟，L为短训练符号长度；
第一滑动平均单元，其对差分检测输出信号进行第一滑动平均，k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，M为滑动平均的平均长度；
对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值；OFDM帧来到时，该最大值所在位置对应短训练符号的符号同步时刻；
搜索单元，其对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值，获得最大值为短训练匹配滤波的相关峰值，其所在位置为短训练符号的符号同步时刻；
功率归一化单元，其求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化，功率归一化包括：
对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练符号长度；
对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
用平滑后的信号相关峰值进行归一化；
检测单元，其将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限fs_th，则判断帧信号到来，同时取得短训练符号的符号同步时刻；
峰值提取单元，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
第二滑动平均单元，其对相关峰值进行第二滑动平均，包括：
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号；
粗频偏计算单元，其用于计算粗频偏，包括：
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率；
相关累加单元，其进行相关运算，得到短训练符号的相关峰值；
扰码解扩单元，其根据扰码重复系数进行扰码解扩；
第二差分单元，其对扰码解扩输出单元信号进行前后信号差分；
第三滑动平均单元，对第二差分单元输出信号进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号；
峰值获取单元，其获取第三滑动平均单元输出信号实部得到相关峰值；
同步位置获取单元，其对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限(fs_cnfth)，则帧同步得到了确认，并获得短训练符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
精频偏计算单元，其对相关峰值择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算，包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练符号长度，fs表示短训练的符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数。
参考图4所示，利用本发明第二实施在白噪声信道的帧误检性能，输入信号的载波频率偏差为6kHz，当信噪比高于-6dB时，误检概率低于10-2。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种OFDM帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
S2，利用短训练序列结构的短训练序列符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
S3，进行差分检测；
S4，对差分检测输出信号进行第一滑动平均，对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值；OFDM帧来到时，该最大值所在位置对应短训练序列符号的符号同步时刻；
S5，求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
S6，将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限，则判断OFDM帧到来，同时取得短训练序列符号的符号同步时刻；
S7，检测到OFDM帧到来，取得符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
S8，进行第二滑动平均；
S9，执行粗频偏计算；
S10，进行相关运算，得到短训练序列符号的相关峰值；
S11，执行扰码解扩，扰码解扩输出信号进行前后信号差分；
S12，进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号，取其实部得到相关峰值；
S13，对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限，则帧同步得到了确认，并获得短训练序列符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
S14，输出择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算。
2.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于：所述重复短训练序列结构由重复次数为B*10次的短训练序列符号序列与扩展扰码序列相乘获得，所述扩展扰码序列为10比特的扰码序列经过每个比特重复B次获得，B≥1。
3.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于，所述差分检测包括：匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘，所述指定延迟为L延迟，L为短训练序列符号长度。
4.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于：执行第一滑动平均k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
其中，Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，M为滑动平均的平均长度。
5.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于，步骤S5中功率归一化包括：
S5.1，对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练序列符号长度；
S5.2，对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
S5.3，用平滑后的信号相关峰值进行归一化。
6.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于：第二滑动平均为功率最大比准则滑动平均；
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号。
7.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于：执行粗频偏计算包括；
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练序列符号长度，fs表示短训练序列符号速率。
8.如权利要求1所述的OFDM帧同步方法，其特征在于：执行精频偏计算包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练序列符号长度，fs表示短训练序列符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数。
9.一种OFDM帧同步系统，其特征在于，包括：
训练单元，其用于形成OFDM帧的重复短训练序列结构；
匹配滤波单元，其利用短训练序列结构的短训练序列符号对接收前导信号进行匹配滤波运算；
第一差分单元，其对匹配滤波单元输出信号进行差分检测；
第一滑动平均单元，其对差分检测输出信号，进行第一滑动平均；
搜索单元，其对第一滑动平均后输出信号求取模平方，搜索最大值，获得最大值为短训练匹配滤波的相关峰值，其所在位置为短训练序列符号的符号同步时刻；
功率归一化单元，其求取输入信号功率对相关峰值信号进行功率归一化；
检测单元，其将功率归一化的相关峰值与预定检测门限比较，当相关峰值大于预定检测门限，则判断帧信号到来，同时取得短训练序列符号的符号同步时刻；
峰值提取单元，检测到OFDM帧到来，取得的符号同步时刻，并取得对应于符号同步时刻的差分检测输出信号提取峰值；
第二滑动平均单元，其对相关峰值进行第二滑动平均；
粗频偏计算单元，其用于计算粗频偏；
相关累加单元，其进行相关运算，得到短训练序列符号的相关峰值；
扰码解扩单元，其根据扰码重复系数进行扰码解扩；
第二差分单元，其对扰码解扩输出单元信号进行前后信号差分；
第三滑动平均单元，对第二差分单元输出信号进行第三滑动平均，得到与本地扰码匹配的滤波器输出信号；
峰值获取单元，其获取第三滑动平均单元输出信号实部得到相关峰值；
同步位置获取单元，其对得到相关峰值进行择大，当择大后的相关峰值大于预定门限，则帧同步得到了确认，并获得短训练序列符号的结束位置，得到确切的帧同步位置；
精频偏计算单元，其对相关峰值择大选择出分支的滑动平均信号，执行精频偏计算。
10.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于：所述重复短训练序列结构由重复次数为B*10次的短训练序列符号序列与扩展扰码序列相乘获得，B≥1；
所述扩展扰码序列为10比特的扰码序列经过每个比特重复B次获得，B≥1。
11.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于，第一差分单元执行差分检测包括：匹配滤波器输出信号进行指定延迟后与其身进行共轭相乘，所述指定延迟为L延迟，L为短训练序列符号长度。
12.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于，第一滑动平均单元进行第一滑动平均k时刻的滑动平均输出信号为：
Zk＝(Yk-M+1+Yk-M+2+…+Yk)/M 公式(1)；
其中，Y＝[y1,y2,…,yL]为差分输出信号的向量表示，表示匹配滤波器输出的L个相位的相关值，M为滑动平均的平均长度。
13.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于，功率归一化单元执行功率归一化包括：
对输入信号求取模平方，并进行长度为L的块平均，L为短训练序列符号长度；
对块平均输出信号进行平滑处理；
Uj＝(1-α)Uj+αVj 公式(2)；
其中，Vj为块平均输出信号，α为平滑系数，Uj为平滑后信号；
用平滑后的信号相关峰值进行归一化。
14.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于，第二滑动平均单元执行第二滑动平均为功率最大比准则滑动平均；
qk＝(Ak-M+1yk-M+1,m+Ak-M+2yk-M+2,m+…+Akyk,m)/M 公式(3)；
其中，A＝y2，m标示符号同步时刻，yk,m表示符号同步时刻提取的相应信号，M表示滑动平均的平均长度，k表示时刻，qk表示k时刻的滑动平均输出信号。
15.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于：执行粗频偏计算包括
cfe_freq表示粗频偏计算获得的载波频率偏差，qk表示k时刻的滑动平均输出信号，L为短训练序列符号长度，fs表示短训练序列符号速率。
16.如权利要求9所述的OFDM帧同步系统，其特征在于：执行精频偏计算包括：
ffe_freq表示精频偏计算获得的载波频率偏差，L为短训练序列符号长度，fs表示短训练序列符号速率，B表示扰码序列经过每个比特重复次数。
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