CN1753397B - 训练符号的传输方法及同步方法 - Google Patents

Abstract

一种正交频分复用通信系统中新的训练符号的传输和接收方法，包括步骤：发送端发送包含特定OFDM符号的训练符号；接收端通过检测这个训练符号来进行同步估计。本发明分配给不同发射机不同得的子载波组来生成训练符号来避免相互它们之间的干扰，在子载波分组上可用子载波上对已知的具有良好相关性能的序列进行差分调制，再经过IFFT操作。这样可以有效估计收发信机整数倍频率偏差分数的频率偏差。对IFFT输出的OFDM符号进行级联形成重复结构可以有效估计时间偏差和分数的频率偏差。该训练符号的传输及同步方法适合于多小区单频网络。

Description

训练符号的传输方法及同步方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)通信技术领域，具体地说，本发明主要涉及OFDM通信系统中一种新的训练符号的传输方法及其同步方法。

背景技术

OFDM通信系统是以OFDM技术为核心的一种通信系统。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定频带分成许多正交子载波，在每个子载波上进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的无线信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子载波是相对平坦的，在每个子载波上进行的是窄带传输，信号带宽小于无线信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

OFDM传输信号经过无线信道时，会出现频率和时间选择性衰落，同时由于收发信机的频率和时间上的偏差，会导致接收信能的降低。为了对抗这些衰落和偏差，传输一些已知的训练符号来估计这些衰落和偏差，实现同步和信道估计的功能。如何实现这些功能取决于该训练符号的生成和传输方法。在许多实际的OFDM系统中，这些已知符号是通过在特定的OFDM符号的全部可用的子载波上或者全部可用的子载波中的某些特定位置的子载波比如偶子载波上对已知的序列做快速反付里叶变换(IFFT)得到。

OFDM技术可以应用到单频多蜂窝系统，即每个小区都使用相同的频段。和单小区一样，每个小区里的收发信机同样存在频率和时间上的偏差。当某一小区使用已知的训练符号来估计收发信机存在频率和时间上的偏差时，如果其邻小区传输相同的训练符号，那么就会造成小区干扰，导致估计信能下降，甚至导致接收机不能工作。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于新的训练符号的传输及同步方法

为实现上述目的，一种正交频分复用通信系统中新的训练符号的传输和接收方法，包括步骤：

只在特定的子载波上调制已知信号，然后通过IFFT生成OFDM符号；

对OFDM符号进行级联操作或进行级联和循环前缀操作来得到训练符号，然后发送端发送训练符号，其中，

将OFDM符号内可用的子载波进行分组，每一子载波组里包含一段连续的子载波，每个分组的高频率端和低频率端保留一定数量的子载波作为保护带，其他组内的子载波为可用的子载波；

接收端通过检测这个训练符号来进行同步估计。

本发明分配给不同发射机不同的子载波组来生成训练符号来避免相互它们之间的干扰，在子载波分组上可用子载波上对已知的具有良好相关性能的序列进行差分调制，再经过IFFT操作。这样可以有效估计收发信机整数倍频率偏差和分数倍的频率偏差。对IFFT输出的OFDM符号进行级联形成重复结构可以有效估计时间偏差和分数的频率偏差。该训练符号的传输及同步方法适合于多小区单频网络。

附图说明

图1是训练符号的传输和接收框图；

图2是子载波分组示意图；

图3是OFDM发射机示意图；

图4是OFDM数据帧结构示意图；

图5是子载波组的所有的可用的子载波都被使用时生成的不带循环前缀的OFDM符号，其中N为IFFT长度；

图6是子载波组的所有的可用的偶子载波都被使用时生成的不带循环前缀的OFDM符号，其中N为IFFT长度；

图7是子载波组的所有的可用的子载波都被使用时生成的OFDM符号，对该生成的OFDM符号级联和循环前缀生成的训练符号的一些例子图示，

其中(a)只进行级联操作(b)进行级联操作后，再进行循环前缀；

图8是子载波组的所有的可用的偶子载波被使用时生成的OFDM符号，对该生成的OFDM符号其中一部分进行级联和循环前缀生成的训练符号的一些例子，

其中(a)只进行级联操作(b)进行级联操作后，再进行循环前缀。

具体实施方式

OFDM是一种多载波技术，它将整个可用频带划分为很多相互正交的子载波并通过子载波并行传输从而达到高速传输的同时，减少对符号间干扰的敏感性，提高频谱效率和降低子载波之间的干扰。

OFDM系统中除了用来传输数据外，还传输一些已知的训练符号来估计同步参数和信道参数，如图4所示。在目前的实际OFDM系统中，训练符号都是通过对某一已知的序列进行IFFT后，再对IFFT的输出信号进行某些必要的处理而得。

在OFDM系统中，如图3所示，串行数据符号被分成块{p_j|j＝-N/2，...，N/2-1}(其中N为IFFT长度，j对应OFDM调制子载波(subcarrier)标号)，并行放置在相应的子载波上进行快速反傅立叶变换(IFFT)得到OFDM符号：

$\{S_k=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{p}_j*e^{j2\mathrm{jk}/N}|j=-N/2,...,N/2-1,k=\mathrm{0,1},...,N-1\}---\left(1\right)$

IFFT后，对该OFDM数据信号进行循环前缀操作之后，经过数模变换和上变频通过天线发射出去。p_j可以含有导频信号。另外，如果p_j为已知信号的话，那么得到的OFDM符号为训练符号。

在本发明中，提出一种新的训练符号的传输和接收方法，如图1所示。

首先对所有有用的子载波进行分组，每组由连续的子载波构成。不同的相邻小区分配不同的子载波组。为了进一步避免小区基站之间由于频偏带来的干扰，每个子载波组的边缘上的一些子载波可以不用，作为保护带。如图2所示。

当发射机要生成训练符号时，已知序列选择器选择一已知序列，然后对该已知序列进行差分调制。子载波组选择和数据映射器选择一子载波组并把差分调制得到的符号映射在该子载波组的所有的可用的子载波上或某些子载波比如偶子载波上。其方法如下：

设{s(m)|m＝1，2，...，K-1}对应着该已知序列，{q(m)|m＝1，2，..，K}对应着该组的用来调制该已知的序列的子载波的标号，那么p_j为：

其中

$a\left(m\right)=\left\{\begin{array}{cc}A& m=1\\ s(m-1)*a(m-1)& m>1\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中A为任一固定值。

子载波组选择和数据映射器生成的数据经过IFFT操作后生成特定的OFDM时域符号，当该子载波组的所有的可用的子载波都被使用时，那么该符号具有图5所示的结构，当该子载波组的可用的偶子载波都被使用时，那么该符号具有图6所示的结构。

根据系统设计的需要，级联和循环前缀生成器可以通过级联L(L大于或等于2)个该OFDM符号或L个该OFDM符号的某部分形成训练符号。同时可以根据设计的需要生成循环前缀。

该子载波组的所有的可用的子载波都被使用时，级联和循环前缀生成器生成的训练符号的一些例子如图7所示。该子载波组的所有的可用的偶子载波都被使用时，级联和循环前缀生成器生成的训练符号的一些例子如图8所示。

根据该传输方法产生的训练符号，接收机利用该符号来进行收发信机的时间和频率偏差估计。

当接收机想将接收某一发射机发射的特定的训练符号时，同时它会接收到其他发射机发射的训练符号。首先该接收机需要利用子载波组滤波器将所要的信号过滤出来，该滤波器对想要接收的符号有带通作用，而对其符号有带阻作用。

通过滤波器后，接收机的时域估计器利用训练符号的重复结构进行移位相关来求得定时和小数倍频偏。下面是可能的接收方法：

移位相关：

$P\left(d\right)=\underset{m=0}{\overset{(L-1)*T-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(r_{d+m}^{*}{r}_{d+m+T}\right)---\left(4\right)$

移位输出归一化：

$R\left(d\right)=\underset{m=0}{\overset{(L-1)*T-1}{\mathrm{\Σ}}}|r_{d+m+T}{|}^2---\left(5\right)$

$M\left(d\right)=\frac{{\left|P\left(d\right)\right|}^2}{{\left(R\left(d\right)\right)}^2}---\left(6\right)$

r为滤波器输出时域信号采样值，T训练符号重复部分长度。时域估计器利用M(d)的峰值来确定时间同步位置的同时求P(d)相位角，这时的P(d)实际相位为

φ＝2π*ε*T/N

π*ε＝π*(ε1+ε2)(7)

其中ε为频偏对子载波间隔的归一化，ε1为整数部分ε2为小数部分。

由于求P(d)相位角范围为[-π，π]，所以只能测出ε2。

为了求出ε1，基于本发明的训练符号的生成方法，可能的方法如下：

接收机的频域估计器对FFT变换后的数据和序列{s(m)|m＝1，2，...，K-1}进行滑动相关：

$B\left(l\right)=\underset{l}{\arg }\underset{i=2}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(b_{q\left(i\right)+l}/b_{q(i-1)+l})*s^{*}(i-1)---\left(8\right)$

其中

是对窗口[-W，W]的遍历。b_i是FFT后第i子载波上的数据。

只要ε1落在窗口[-W，W]，那么如果{s(m)|m＝1，2，..，K-1}具有良好相关性能的话，求B(l)绝对值出现峰值时对应的l就为ε1。

最后时域估计器和频域估计器将估计出来的偏移参数送给偏差纠正器进行偏差补偿。

Claims (13)

1.一种正交频分复用通信系统中新的训练符号的传输和接收方法，包括步骤：

只在特定的子载波上调制已知信号，然后通过IFFT生成OFDM符号；

对OFDM符号进行级联操作或进行级联和循环前缀操作来得到训练符号，然后发送端发送训练符号，其中，

将OFDM符号内可用的子载波进行分组，每一子载波组里包含一段连续的子载波，每个分组的高频率端和低频率端保留一定数量的子载波作为保护带，其他组内的子载波为可用的子载波；

接收端通过检测这个训练符号来进行同步估计。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

选择一已知的序列，并对该序列进行差分调制；

将调制得到的信号放置在选择的子载波组上的所有的可用的子载波上，其他子载波上放置零，并进行IFFT操作，生成没有循环前缀的OFDM符号。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于级联L个该OFDM符号形成具有重复结构的训练符号，其中，L大于或等于2。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于级联L个该OFDM符号后，进行循环前缀操作形成具有重复结构和循环前缀的训练符号，其中，L大于或等于2。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于对OFDM符号进行循环前缀操作后，级联L个具有循环前缀的OFDM符号形成具有重复结构和循环前缀的训练符号，其中，L大于或等于2。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于将差分调制得到的信号放置在选择的子载波组上的所有的可用的子载波的偶子载波上，其他子载波上放置零，然后进行IFFT操作后得到没有循环前缀的OFDM符号。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于对OFDM符号进行循环前缀操作后，级联L个具有循环前缀的OFDM符号形成具有重复结构和循环前缀的训练符号，其中，L大于或等于2。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述接收端包括：

接收机要同步某发射机时，通过滤波器将接收到该发射机发射的训练符号过滤出来；

对滤波器过滤出来的信号进行时域移位相关，利用求相关值的幅度峰值求得时间偏差定位的同时利用该值的相位角来求小数倍频偏；

接收机对FFT变换后的数据和已知序列进行滑动相关求峰值来估计整数倍频偏。

9.按权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述符号是由特定的没有循环前缀的OFDM符号通过级联操作或级联和循环前缀操作形成；

特定的OFDM符号是通过在某一子载波组的全部可用子载波或某些特定的可用子载波上对已知信号做IFFT得到。

10.按权利要求9所述的方法，其特征在于将OFDM符号内可用的子载波进行分组，每一子载波组里包含一段连续的子载波，每个分组的高频率端和低频率端保留一定数量的子载波作为保护带，其他组内的子载波为可用的子载波。

11.按权利要求10所述的方法，其特征在于在某一子载波组的全部可用子载波或某些特定的可用子载波上的已知信号是通过对已知的序列进行差分调制得到。

12.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于特定的OFDM符号是通过在某一子载波组的全部可用子载波对已知信号做IFFT得到时，级联L个该OFDM符号形成具有重复结构的训练符号，其中，L大于或等于2。

13.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于特定的OFDM符号是通过在某一子载波组的全部可用子载波对已知信号做IFFT得到时，级联L个该OFDM符号后，进行循环前缀形成具有重复结构的训练符号，其中，L大于或等于2。

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