[发明专利]一种OFDM系统闭环时频同步方法与装置

说明书

本发明公开了一种OFDM系统闭环时频同步方法与装置，可以在既存在晶振误差引起的载波频偏，也存在多普勒频偏的通信场景下实现准确的时频同步。本发明利用通信系统随机接入过程的闭环机制，经过终端侧与基站侧之间的下行时频同步、上行随机接入过程后，可以准确地估计出多普勒频偏及晶振误差引起的频偏，并进行相应的频偏补偿。针对本发明涉及的下行同步和上行同步问题，具体给出利用同步序列和OFDM循环前缀结构的下行时频估计算法、利用随机接入信号的上行时频估计算法，所给时频估计算法均适用于大频偏环境。因此，本发明的闭环时频同步方法不仅适用于地面移动通信系统，也适用于采用OFDM技术的卫星移动通信系统等。

技术领域

本发明涉及一种OFDM系统闭环时频同步方法与装置，属于通信技术领域。

背景技术

对于采用正交频分复用技术(OFDM技术)进行数据传输的通信系统而言，实现定时同步和频率同步是保证系统稳定运行的关键。针对通信系统下行时频同步问题，以往的研究仅考虑了多普勒频移带来的载波频偏。然而在实际通信系统中，除无线信道的多普勒频移外，终端侧与基站侧的晶振误差也会引起载波频偏。如果终端装备了类似全球定位系统(GPS)的频率锁定系统，可以将终端侧晶振频率锁定与基站侧一致，从而消除终端与基站间的晶振误差。如果终端因条件限制未配备相关频率锁定系统，通信系统中因晶振误差引起的载波频偏就不可避免。

对于通信系统的上行链路，通常需要每个终端对各自的发送信号进行频偏预补偿，否则会在基站侧导致不同用户的混叠，引起性能恶化。在既存在多普勒频偏又存在晶振误差引起的频偏的场景下，传统的时频估计算法在下行同步中仅能估计出多普勒频偏和晶振误差引起的频偏的叠加值，即f_d+f_e，f_d和f_e分别为多普勒频偏与晶振误差引起的频偏。由于多普勒频偏和晶振误差引入的频偏生成原理不同，合理的频偏补偿方式应当是在终端侧对上行信号补偿-f_d+f_e，即终端侧对多普勒频偏采用负补偿方式，对晶振误差引起的频偏采用正补偿方式。如果终端直接根据下行同步的频偏估计结果对上行发送信号进行频偏补偿，必然会引入新的频率偏移，从而导致通信系统无法正常工作。因此，对于两种频偏共存的通信场景，无法仅通过下行时频同步完成正确的频偏估计和补偿。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种OFDM系统闭环时频同步方法与装置，借助随机接入过程的闭环机制可以在既存在多普勒频偏又存在晶振误差引起的频偏的场景下，实现OFDM系统的时频估计与频偏补偿。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种OFDM系统闭环时频同步方法，包括以下步骤：

(1)在小区搜索过程中，终端侧根据接收信号先利用下行同步序列完成定时，然后利用下行同步序列和多个OFDM循环前缀进行频偏估计，得到载波频偏估计值

(2)终端侧将步骤(1)所得频偏估计值视为多普勒频偏，对上行发送信号补偿频偏

(3)在随机接入过程中，基站侧根据接收信号先利用随机接入信号的前导序列完成定时，然后利用随机接入信号的前导序列和循环前缀进行频偏估计，得到频偏估计值则由晶振误差引起的载波频偏估计值为

(4)基站侧在下行发送随机接入响应消息时，将步骤(3)中获得的频偏估计值反馈给终端；

(5)终端侧再次根据接收信号先利用下行同步序列完成定时，然后利用下行同步序列和多个OFDM循环前缀进行频偏估计，得到载波频偏估计

(6)终端侧根据步骤(4)和步骤(5)获得的频偏估计值对上行发送信号补偿频偏完成对上行发送信号载波频偏的正确补偿。