一種多載波同步系統和同步方法
2023-05-30 08:33:16
一種多載波同步系統和同步方法
【專利摘要】本發明公開了一種多載波同步系統和同步方法，應用於OFDM多載波系統，系統包括：符號同步模塊和幀同步模塊，符號同步模塊將接收序列與本地序列進行相關計算，通過檢測連續符號窗口的相關峰值，確定符號同步位置；幀同步模塊根據符號同步位置，計算當前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，並將累加和與預設判決門限比較，判決找到幀同步的位置。方法包括：接收信號均值濾波後與本地序列進行相關計算，通過檢測連續窗口的相關峰值，確定符號同步位置；根據符號同步位置，通過計算連續兩個符號的相位偏差，判斷幀是否同步。本發明對比現有同步技術，具有複雜度小，準確度高，且易於硬體實現的優點。
【專利說明】一種多載波同步系統和同步方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字通信領域，具體涉及一種0FDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交頻分復用)多載波系統的同步系統和同步方法。
【背景技術】
[0002]OFDM是一種具有高速數據傳輸能力的多載波通信技術，具有頻譜利用率高、抗幹擾、抗衰落能力強等優點，已成為通信領域的核心技術，並廣泛用在多種通信系統中，如無線區域網、數字音/視頻廣播等，具有廣闊的應用前景。
[0003]同步技術是任何一個通信系統都需要解決的實際問題，其性能直接關係到整個通信系統的質量。OFDM多載波系統對同步誤差非常敏感，一個很小的同步誤差都可能引起整個系統的性能嚴重下降。OFDM系統中的同步可分為頻率同步和定時同步，頻率同步主要用於補償載波頻偏，定時同步用於確定OFDM符號和有效數據的起始位置，可分為符號同步和幀同步。在沒有上/下變頻、速率不高、對載波相位不敏感的系統中，頻率同步可以忽略，但定時同步一般都需要做。
[0004]目前比較流行的符號同步方法有兩種，一是延時相關的檢測法，該方法需要歸一化處理相關值，需要大量的乘除法運算，硬體資源開銷大，另外，相關結果受信噪比影響較大，相關輸出是一個平臺，邊界點模糊，不易檢測，可能導致符號同步不準確或不能同步；二是自相關峰值檢測法，該方法相關峰值尖銳，容易檢測，且本地序列的能量是已知的，減少了一部分運算量，但也需要歸一化相關值，同樣也存在易受噪聲影響的問題，低信噪比時，可能會出現主峰值達不到門限或幹擾峰的值超過門限的現象。對於幀同步，比較常用的是時域相關法，通過檢測特殊的峰值點得到，比如尋找峰谷，存在同樣的上述問題。因此，這成為本 申請人:致力於解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的缺陷而提供一種多載波同步系統和同步方法，對比現有同步技術，具有複雜度小，準確度高，且易於硬體實現的優點。
[0006]實現上述目的的技術方案是:
[0007]本發明之一的一種多載波同步系統，應用於OFDM多載波系統,所述多載波同步系統包括相互連接的符號同步模塊和幀同步模塊，其中:
[0008]符號同步模塊，將接收序列與本地序列進行相關計算，通過檢測連續符號窗口的相關峰值，確定符號同步位置；
[0009]幀同步模塊，根據符號同步位置，計算當前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，並將累加和與預設判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
[0010]在上述的多載波同步系統中，所述符號同步模塊包括依次連接的均值濾波器、取符號單元、相關器和峰值檢測器，其中:
[0011]均值濾波器，用於對接收的輸入信號進行均值濾波；[0012]取符號單元，用於對均值濾波後的輸入信號取符號位，並交給所述相關器；
[0013]相關器，用於將接收的符號位與本地序列進行自相關計算，得到相關值；
[0014]峰值檢測器，用於比較相關值與預設峰值門限的大小，根據相關值檢測連續符號窗口峰值，從而確定符號同步的位置。
[0015]在上述的多載波同步系統中，所述均值濾波器用於對連續N個符號取均值，N為正整數且N > 2，每個符號的長度為L ;所述均值濾波器包括第一加法器和第一存儲器，其中，
[0016]第一存儲器，用於依次接收輸入信號，並排序存儲；
[0017]第一加法器，用於將當前採樣點輸入信號與所述第一存儲器存儲的之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個採樣點累加後輸出給所述取符號單元。
[0018]在上述的多載波同步系統中，所述取符號位單元取符號位指:輸入大於O時輸出1，小於O輸出時-1,等於O輸出時O。
[0019]在上述的多載波同步系統中，所述相關器通過公式:
【權利要求】
1.一種多載波同步系統，應用於OFDM多載波系統，其特徵在於，所述多載波同步系統包括相互連接的符號同步模塊和幀同步模塊，其中: 符號同步模塊，將接收序列與本地序列進行相關計算，通過檢測連續符號窗口的相關峰值，確定符號同步位置； 幀同步模塊，根據符號同步位置，計算當前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，並將累加和與預設判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
2.根據權利要求1所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述符號同步模塊包括依次連接的均值濾波器、取符號單元、相關器和峰值檢測器，其中: 均值濾波器，用於對接收的輸入信號進行均值濾波； 取符號單元，用於對均值濾波後的輸入信號取符號位，並交給所述相關器； 相關器，用於將接收的符號位與本地序列進行自相關計算，得到相關值； 峰值檢測器，用於比較相關值與預設峰值門限的大小，根據相關值檢測連續符號窗口峰值，從而確定符號同步的位置。
3.根據權利要求2所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述均值濾波器用於對連續N個符號取均值，N為正整數且N > 2，每個符號的長度為L ;所述均值濾波器包括第一加法器和第一存儲器,其中， 第一存儲器，用於依次接收輸入信號，並排序存儲； 第一加法器，用於將當前採樣點輸入信號與所述第一存儲器存儲的之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個採樣點累加後輸出給所述取符號單元。
4.根據權利要求2所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述取符號位單元取符號位指:輸入大於O時輸出I，小於O輸出時-1，等於O輸出時O。
5.根據權利要求2所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述相關器通過公式:
Icorr ^result(Ii) = [ sign{r{n — k)) * p(L-k + Y),求得相關值,其中,corr_result (η)為第 η
1-:Q個輸入米樣點r (η)的相關值，η為正整數；ρ為本地已知符號序列；sign表不取符號位，L為符號長度。
6.根據權利要求2所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述峰值檢測器包括絕對值模塊、峰值檢測模塊和峰值門限模塊，其中: 絕對值模塊，用於將接收的相關值絕對值化； 峰值門限模塊，用於存儲預設峰值門限； 峰值檢測模塊，將絕對值化後的相關值與預設峰值門限比較，若相關值大於門限，保存峰值Peak_value,然後在一個符號窗口內搜索更新峰值，若窗口最後一個米樣點之前出現了更大的峰值，更新峰值Peak_value，並在一個新的符號窗口內搜索新的峰值，否則，若窗口最後一個採樣點的相關值小於預設峰值門限，復位保存的峰值Peak_Value，並重新檢測；若大於門限，該點為一個符號的最後一個採樣點，便確定了符號同步位置，亦可再檢測若干個符號後才確定符號同步的位置。
7.根據權利要求6所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述的預設峰值門限，是基於本地序列絕對值的累加和的小數倍，結合硬體實現，小數倍的值取2的負冪次的組合。
8.根據權利要求1或2所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述幀同步模塊包括依次連接的緩存器、FFT模塊、均值模塊、相位差計算模塊和判決模塊，FFT模塊和相位差計算模塊相接，其中: 緩存器，用於緩存一個完整的符號； FFT模塊，用於實現緩存符號的時域到頻域的變換，將得到的當前符號FFT變換值分別傳給所述均值模塊和相位差計算模塊； 均值模塊，用於計算當前符號FFT結果的平均值並實現存儲，把存儲更新之前的值傳給所述的相位差計算模塊； 相位差計算模塊，用於計算當前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和；判決模塊，用於將累加和與預設判決門限比較，若累加和小於預設判決門限， 則確定幀同步的位置。
9.根據權利要求8所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述均值模塊包括第二加法器和第二存儲器，其中: 第二加法器，用於計算所述FFT模塊的當前輸出與所述第二存儲器中的對應數據的加法，結果輸出給所述第二存儲器； 第二存儲器，一方面，將其存儲的當前符號更新之前的值給所述相位差計算模塊；另一方面，將當前符號FFT變換值與其存儲的值通過所述第二加法器對應相加後覆蓋存儲，得到新的符號頻域均值，該存儲器初始化為O。
10.根據權利要求8所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述相位差計算模塊包括取共軛模塊、乘法器、取實部的符號位單元和累加模塊，其中: 取共軛模塊，對輸入信號取共軛運算，結果給所述乘法器； 乘法器，用於將接收的符號頻域均值取共軛後的值與當前符號FFT變換值相乘，得到複數乘積； 取實部的符號位單元，用於對所述乘法器輸出的複數乘積取實部的符號位； 累加模塊，用於將各個實部的符號位累加後輸出。
11.根據權利要求8所述的多載波同步系統，其特徵在於，所述的預設判決門限為O。
12.—種多載波同步方法，應用於OFDM多載波系統，其特徵在於，所述同步方法包括: 符號同步步驟，將輸入信號均值濾波後，取符號位與本地序列進行自相關計算，得到的相關值與預設峰值門限比較，檢測峰值並更新，若檢測到連續若干個等窗口間隔的峰值，該峰值點為符號同步位置；以及 幀同步步驟，根據符號同步位置，計算當前符號的相位與之前符號的平均相位的差值的累加和，並將累加和與預設判決門限比較，判決找到幀同步的位置。
13.根據權利要求12所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的均值濾波指:對連續N個符號取均值，N為正整數且N≤2。
14.根據權利要求13所述的多載波同步方法，其特徵在於，每個符號的長度為L，所述的對連續N個符號取均值，指:當前採樣點輸入信號與之前的第L個、2L個…以及(N-1) L個米樣點累加後輸出。
15.根據權利要求12所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的取符號位指:輸入大於O時輸出1，輸入小於O時輸出-1，輸入等於O時輸出O,輸入指均值濾波的輸出。
16.根據權利要求12所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的相關計算指:通過公
￡-1式eorr_rew//(H) = ^stgn(r(n — k))*p(L-k + l),求得相關值；其中 ，corr—result (η)為第
k=0η個輸入採樣點r (η)的相關值，η為正整數；ρ為本地已知符號序列。
17.根據權利要求11所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的峰值檢測包括: 步驟a，當前相關值與預設峰值門限比較，若相關值大於預設峰值門限，保存峰值Peak-value,啟動峰值搜索步驟b； 步驟b,在一個窗口內搜索更新峰值,窗口長度等於一個符號長度，若窗口最後一個米樣點之前出現了更大的峰值，更新峰值Peak_value,並在一個新的窗口內搜索新的峰值，否則，若窗口最後一個採樣點的相關值小於預設峰值門限，復位保存的峰值Peak_value，回到步驟a;若大於預設峰值門限，該點為一個符號的最後一個採樣點，便確定了符號同步位置； 步驟C，重複步驟b，再檢測若干個符號後才確定符號同步的位置。
18.根據權利要求17所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的預設的峰值門限，是基於本地序列絕對值的累加和的小數倍，結合硬體實現，小數倍的值取2的負冪次的組合。
19.根據權利要求12所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的幀同步步驟包括: 步驟SI，基於符號同步，緩存一個符號進行FFT處理，得到第一符號FFT變換值； 步驟S2，將第一符號FFT變換值與預先存儲的數據對應相加，得到符號頻域均值並覆蓋存儲； 步驟S3，緩存下一個符號進行FFT處理，得到第二符號FFT變換值； 步驟S4，將符號頻域均值取共軛後與第二符號FFT變換值相乘，然後取實部的符號位累加，得到累加和； 步驟S5，將第二符號FFT變換值與存儲的符號頻域均值對應相加，得到符號新的頻域均值並覆蓋存儲； 步驟S6，將累加和與預設判決門限比較並判決，若累加和小於預設判決門限，則確定幀同步的位置，若大於，返回步驟S3。
20.根據權利要求19所述的多載波同步方法，其特徵在於，所述的預設判決門限為O。
【文檔編號】H04L27/26GK103475621SQ201310451521
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】王紅美, 尹汝潑 申請人:上海貝嶺股份有限公司