CN201541274U - 一种用于正交频分复用的同步装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于正交频分复用的同步装置，它涉及通信领域中宽带多载波突发通信的同步装置。它由突发帧检测器、随机数据存储器、细定时模块、频偏估计模块等部件组成。它占用两个OFDM符号时长的训练序列完成所有的同步功能，采用与最大径为基准的相对门限进行比较判定和窗内能量累积的联合搜索算法寻找第一径确定FFT的开窗位置。克服了传统的同步模块同步开销大和开窗位置不准确的缺点。本实用新型具有抗多径能力强、同步速度快等特点。特别适用于宽带频率选择性衰落无线信道的高速多载波通信系统应用。

Description

一种用于正交频分复用的同步装置

技术领域

本实用新型涉及通信领域中宽带多载波突发通信的同步装置，特别适用于宽带频率选择性衰落无线信道的高速多载波通信系统应用。

背景技术

传统的正交频分复用的同步装置多采用多个OFDM符号分别完成帧检测、频偏估计和细定时即寻找FFT开窗位置，适合于对系统开销要求不高的场合，当用于突发通信，且对系统开销要求苛刻时，一般存在系统开销大的缺点。同时在进行FFT开窗位置搜索时，由于频率选择性衰落信道下多径的干扰，很容易造成开窗位置不准确的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，提供地种系统开销小、开窗位置准确的正交频分复用的同步装置。本实用新型占用两个OFDM符号时长的训练序列完成所有的同步功能，使用与最大径进行比较判定和窗内能量累积的联合搜索算法寻找第一径确定FFT的开窗位置，具有抗多径能力强、同步速度快等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：

它包括帧检测器、第一RAM、第二RAM、频偏估计和补偿模块、匹配相关器，其特征在于：还包括第一径搜索模块；所述的第一径搜索模块由一片静态RAM、寄存器、比较器、门限比较器、窗口能量累积器、能量比较器构成。

所述的帧检测器的输入端口1、2分别与输入的经过下变频和匹配滤波后的I路数据和Q路数据相连，其输出端口3、4分别与第一RAM和第二RAM的数据输入端口1、2相连；第一RAM的数据输出端口3、4分别送出经过帧检测后的I路和Q路数据，用A和B来表示与频偏估计和补偿模块的输入端口1、2相连，进行一帧的频偏估计和补偿，频偏估计和补偿模块的输出端口3、4分别输出经过频偏补偿后的I路数据和Q路数据，在同步阶段送入细定时匹配相关器，得到匹配的相关值，输出端口3与第一径搜索模块的输入端口1相连，输出端口2送出细定时的位置信息与第一RAM的输入端口即读地址5相连，确定之后进行FFT的开窗位置。

所述的第一径搜索模块中的静态RAM的输入端口1为细定时的匹配相关值，输出端口2逐个将静态RAM中的数据送入寄存器的输入端口1，寄存器上个时钟的数据由输出端口2送入比较器的输入端口1，与比较器之前存储的最大值进行比较，最终得到静态RAM中存储的最大值，由比较器的输出端口2送出；门限比较模块的输入端口1与比较器的输出端口2相连，输入端口3与静态RAM的数据输出端口2相连，输出端口2输出初步定时位置信息与窗口能量累积器的输入端口3相连，输入端口1与静态RAM的数据输出端口2相连，输出端口2与能量比较器的输入端口1相连，能量比较器的输出端口2送出最终的定时位置信息。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型首先利用模块进行帧检测，之后采用“存储-处理”的方式完成各种剩余同步算法的转换，所有同步算法的实现在两个OFDM符号长度的训练序列下完成，相比传统的OFDM前导设计3个符号长度，节省了额外的前导(开销)，提高了系统的吞吐量。

2.本实用新型在使用最大相关峰值的相对门限判定细定时开窗位置的基础上，增加能量累积窗，进一步克服了多径的影响和接收端由于抽样带来的定时偏差的问题。

3.帧检测模块所相关的前后各个部分的符号不同，但绝对值相同，本实用新型通过记算每部分不断滑动进入的数据和滑动出去的数据的相关值再根据符号更新每部分寄存器的大小，避免了所有数据的全相关，大大节省了资源。

4.本实用新型实现的同步装置，为了加快处理的时间，在高于系统降采样后的速率上实现算法，但只需工作在4倍的样值速率下，低于系统的采样速率，所需处理时钟低，便于硬件实现。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电原理方框图。

图2是本实用新型第一径搜索模块5的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图2，本实用新型由帧检测器1、第一RAM 2-1、第二RAM 2-2、频偏估计和补偿模块3、匹配相关器4、第一径搜索模块5组成。图1是本实用新型的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中帧检测器1的作用是对突发信号的到达进行检测，从而确定信号帧是否到来，并同时起到粗定时的功能；第一RAM 2-1、第二RAM 2-2交替存储一帧数据，其中用于同步的训练序列完全存入第一RAM 2-1中等待后续处理。频偏估计和补偿模块3的作用是估计接收机和发射机由于载波的频率不一致和信道影响等造成的频率偏差，并补偿接收机接收数据所受频偏的影响。匹配相关器4的作用是在频率同步完成之后对同步序列与本地序列进行匹配相关得到相关峰值，为细定时的一部分。第一径搜索模块5的作用是通过匹配相关器4得到的相关峰值判定复杂信道环境下第一径的位置达到利用尽可能多的接收信号的能量的目的。实施例帧检测器1、第一RAM 2-1、第二RAM 2-2、频偏估计和补偿模块3、匹配相关器4、第一径搜索模块5均采用美国Altera公司生产的Stratix系列FPGA芯片制作。

所述的第一径搜索模块5的作用是通过匹配相关器4得到的相关峰值判定复杂信道环境下第一径的位置达到利用尽可能多的接收信号的能量的目的。它由静态RAM6、寄存器7、比较器8、门限比较器9、窗口能量累积器10、能量比较器11构成。如图2所示，图2是本实用新型第一径搜索模块5的电原理方框图。静态RAM6的作用是存储一定长度的相关峰值，以保证在此长度内能够搜索到细定时即第一径的位置。寄存器7的作用是按地址读出RAM6中的数据，为和比较器8中存储的之前的最大数据进行比较。比较器8的作用是与寄存器7中的数据进行比较，并存储比较之后的较大值，最终得到RAM6中的最大值并送给门限比较器9。门限比较器9的作用是以比较器8送入的最大数据作为基准乘以一定的系数作为门限，并重新搜索RAM6中的数据，找到大于门限的第一个数据的序号。窗口能量累积器10的作用是以门限比较器找到的序号为基准前推，累积同样长度的能量。能量比较器11的作用是找到能量最大的序号并记录，作为细定时的精确位置。实施例静态RAM6、寄存器7、比较器8、门限比较器9、窗口能量累积器10、能量比较器11均采用一块美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。

本实用新型简要工作原理如下：

同步的完成是建立在发信机所发送的同步序列上。设计的同步序列只占用2个OFDM符号时长，1个OFDM同步符号被分为正负不同，但绝对值相同的8段子序列。1个OFDM同步符号因为被存储起来，可以重复利用，第1个完成帧检测和细定时的功能，结合第2个重复的符号完成频偏估计的功能。帧检测器1接收经过下变频、匹配滤波之后的过采样数据进行突发数据的帧检测，当信号到达并完成帧粗同步后，帧检测器1就会生成1个启动信号启动RAM开始工作存储包括同步符号在内的一帧数据。为了不影响同步功能的完成，在操作第一RAM 2-1的过程中，进来的数据被存入第二RAM 2-2中。在保证同步符号被完全存储之后，启动频偏估计和补偿模块进行工作，并对再从2-1、2-2中读出的数据进行频偏补偿。频偏估计完成之后启动匹配相关器4开始工作，将2-1中的同步数据读出进行频偏补偿之后送入匹配相关器4与已存储好的本地序列进行相关得到相关峰值，之后送入第一径搜索模块5，搜索第一径也即FFT的开窗位置。第一径搜索模块5首先由RAM 6存储一定长度的相关峰值，保证第一径包含在其中，之后通过冒泡算法找到相关峰值中的最大值，由模块7、8完成，再以最大值为基准设置门限搜索相关峰值首个大于门限的峰值的序号，但设置门限搜索并不能精确的得到第一径的位置，在门限比较器9得到的序号的基础之上，设置能量窗口长度，以1为间隔依次往前滑动一定长度，计算不同位置下的能量，并进行比较，能量最大的位置可以精确的表示第一径的位置，并由此推得第一RAM 2-1中的细定时位置。

Claims (2)

1.一种用于正交频分复用的同步装置，其特征在于包括帧检测器(1)、第一RAM(2-1)、第二RAM(2-2)、频偏估计和补偿模块(3)、细定时匹配相关器(4)，第一径搜索模块(5)；所述的帧检测器(1)的输入端口1、2分别与输入的经过下变频和匹配滤波后的I路数据和Q路数据相连，其输出端口3、4分别与第一RAM(2-1)、第二RAM(2-2)的数据输入端口1、2相连；第一RAM(2-1)和第二RAM(2-2)的输出端口3、4分别输出所存储的I路和Q路数据；第一RAM(2-1)的数据输出端口3、4分别和补偿模块3的输入端口1、2相连；第一RAM(2-1)的输出端口3、4和第二RAM(2-2)的输出端口3、4分别输出所存储的I路和Q路数据；频偏估计和补偿模块(3)的输出端口3、4分别与细定时匹配相关器(4)的输入端口1、2相连；细定时匹配相关器(4)的输出端口3与第一径搜索模块(5)的输入端口1相连；第一径搜索模块(5)的输出端口2与第一RAM(2-1)的输入端口5相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于正交频分复用的同步装置，其特征在于：所述的第一径搜索模块(5)由一片静态RAM(6)、寄存器(7)、比较器(8)、门限比较器(9)、窗口能量累积器(10)、能量比较器(11)构成；

所述的第一径搜索模块(5)中的静态RAM(6)的输入端口1为细定时的匹配相关值，输出端口2逐个将RAM中的数据送入寄存器(7)的输入端口1，寄存器上个时钟的数据由输出端口2送入比较器(8)的输入端口1，与比较器之前存储的最大值进行比较，最终得到RAM(6)中存储的最大值，由比较器(8)的输出端口2送出；门限比较模块(9)的输入端口1与比较器(8)的输出端口2相连，输入端口3与RAM(6)的数据输出端口2相连，输出端口2输出初步定时位置信息与窗口能量累积器(10)的输入端口3相连，输入端口1与RAM(6)的数据输出端口2相连，输出端口2与能量比较器(11)的输入端口1相连，能量比较器(11)的输出端口2送出定时位置信息。

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