[发明专利]时间粗同步和频率精同步的时域联合估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域中同步技术领域，尤其涉及一种适用于宽带数据分组突发传输正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统的时间粗同步和频率精同步的时域联合估计方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术因其出色的抗多径能力和很高的频谱利用率在当前宽带无线通信系统及数字广播通信系统中得到了广泛的应用。例如，无线局域网标准WiFi(802.11a/g/n)，WiMax(802.16d/e)、LTE下行链路，数字广播系统DVB、CMMB等都采用了OFDM技术。

OFDM技术的一个主要缺点是对时间和频率的偏移比较敏感，时间偏移会导致符号间干扰，对频率偏移比较敏感是OFDM技术的一个主要缺点，频率偏移会破坏子载波之间的正交性，引起载波间干扰，使得系统性能急剧下降。要想实现OFDM系统数据解调结果的低误码率性能，需要精确的频率同步。不同的频率同步算法会导致频率同步实现的复杂度差别巨大，而分组突发的宽带数据传输系统需要同步借助辅助训练数据序列的作用在很短的时间内完成同步，因而需要同步技术具备低复杂度和实时性的优点，同步是OFDM接收机设计中的一个研究热点。传统的时频同步联合估计方法采用联合定时和频偏的同步算法，该算法是T.M.Schmidl所设计的时频同步算法以及对Schmidl的改进算法[18]，在该方法中使用位于数据帧头的两个训练序列分两步得到时间和频率同步，其时间同步是通过搜索第一个序列内前后完全相同的两部分的相关性而得到，但该算法的缺点是在正确的定时点附近存在一个定时测度平台，导致较大的定时方差。同时，采用该算法的另一缺点是频偏估计范围较小，且往往只能估计小数倍频偏。

OFDM系统中的频率偏移可以分为子载波间隔小数倍的频偏(小数倍频偏f_frac)以及子载波间隔整数倍的频偏(整数倍频偏f_int)，子载波间隔小数倍的频偏会破坏子载波间的正交性，引起子载波间干扰；子载波间隔整数倍的频偏则导致解调后的数据在子载波上的整体偏移；因此OFDM的频率同步包括子载波间隔小数倍及整数倍频偏的估计和补偿。

关于OFDM系统的频率同步方法已经有许多文献进行了研究，这些方法可以分为盲估计算法以及数据辅助估计算法两大类。数据辅助估计算法因其捕获速度快，估计精度高的特点更适用于突发的数据传输。Moose提出了载波频率偏移的最大似然估计算法^[1]，采用两个连续的相同训练序列，频偏的估计范围为±0.5个子载波间隔，通过缩短训练序列可以增加频偏的估计范围，但同时会带来估计精度的下降。

相对于传统的时频同步算法，本发明所提出的方法在用于时间同步时，仅用于时间粗同步，不需对定时测度平台有严格的要求，简化了系统测度函数的硬件设计。采用长度不同的两个相关器用于定时自相关峰的检测，增加了抵抗噪声的能力。相对于传统的整数倍频偏估计方法，本发明提出的方法在时域上利用两个长度不同的自相关器对短序列进行相关运算检测峰值，并根据两个自相关器各自估算出的频偏值，通过设计的频偏取值范围判决器，同时联合估计出小数倍频偏和小于3倍整数频偏的整数倍频偏。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种时间粗同步和频率精同步的时域联合估计方法，以解决传统的时频联合估计方法中定时测度平台要求严格从而导致系统测度函数硬件设计复杂，整数倍频偏估计和符号细同步不准确并且相互影响，时频同步分别估算小数倍频偏和整数倍频偏所带来的硬件运算开销较大，以及时频同步算法的运算复杂度导致延时增加的矛盾。

本发明的方法具备抗多径干扰和抗噪声干扰能力强，定时测度运算简单，频率偏移估计范围大，频率估计精度高，运算复杂度低，运算延迟时间短的优点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种时间粗同步和频率精同步的时域联合估计方法，该方法包括：

对接收端的基带数据序列并行进行小点数长度的自相关运算和大点数长度的自相关运算；

实时并行的通过小点数自相关峰值以及通过大点数自相关峰值确定联合确定时间粗同步位置；

在时间粗同步位置确认点，根据小点数自相关峰值和大点数自相关峰值联合确定频率检测结果。

上述方案中，该方法包括以下步骤：

步骤1：设置小点数自相关运算器和大点数自相关运算器的相关器长度；