[发明专利]多天线系统中多径信道低信噪比环境下的定时同步方法

说明书

本发明公开了一种多天线系统中多径信道低信噪比环境下的定时同步方法，主要解决现有技术中在多径信道低信噪比环境下定时准确率低的问题。其方案是：预处理发送端的数据帧得到发送端信号；接收端将单个发送天线的本地信号分别与滑动窗口内接收信号的前后两部分进行互相关并共轭相乘，再将多个不同发送天线的计算结果相乘得到该时刻位置的定时测度函数值；计算前后两个时刻定时测度函数值的比值，当比值大于门限时，记录该位置对应的定时时刻与定时测度函数值；将所有记录的定时测度函数值中最大定时测度函数值对应的定时时刻作为最终定时时刻。本发明定时测度函数峰值明显，没有副峰，定时准确率高，可用于MIMO‑OFDM系统。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种定时同步方法，可用于MIMO-OFDM同步系统的信号恢复。

背景技术

多天线正交频分复用MIMO-OFDM技术是一种无线环境下的高速传输技术，同时也是现行第四代通信系统的主流技术。采用多载波调制技术的OFDM系统对于符号的定时偏差和频率偏移非常敏感，由此造成的符号间干扰与子载波间干扰会严重影响系统性能。而MIMO系统由于采用了多天线技术，天线之间的时延和频偏被引入到了系统。相比于SISO系统，MIMO系统的同步更加复杂。MIMO-OFDM系统的定时同步技术是影响系统性能的关键技术。

定时同步的作用是在接收端通过同步算法估计出信号的起始时刻。该算法性能的好坏直接影响到接收端是否能够正确的解调并恢复出原始数据。定时同步算法分为非数据辅助型同步和数据辅助型同步。其中非数据辅助型同步不需要占用额外的带宽资源、计算复杂度低且实现容易，但是如果信道条件恶化，多径衰落明显，其性能表现也会随之恶化。数据辅助型同步是依靠训练序列在时域正交或频域正交以及序列内部的相关性来完成同步，在恶劣信道环境下有着更好的性能。

在多径信道下的MIMO-OFDM系统中，一般采用数据辅助型同步。Mody于2001年最早提出了MIMO-OFDM系统的同步方法，该算法使用构造重复训练序列的方法来进行MIMO-OFDM系统的同步，核心思想是利用序列内部之间的相关性来完成系统的同步工作。Mody算法的定时测度函数不平滑，在多径信道下无法达到100％的正确率。Zhou En在Mody算法的基础上进行了改进，使定时测度函数更加平滑，提高了Mody算法的性能，但是该算法在多径信道下的性能仍不理想。Zelst和Schenk提出了一种基于时域正交的训练序列的同步算法，而且训练序列在每根天线上时间相互错开，接收天线对每路信号进行延迟相关运算，该算法存在峰值平台，在各种信道中随着信噪比增加都只能趋于100％正确率，但无法完全达到100％正确率。Wei Wei和Yuan Xiaolu提出了基于ZC序列的WY算法，该算法性能良好，不存在峰值平台，但是该算法存在副峰，对定时同步的正确率造成影响。

发明内容

本发明的目的在于针对以上现有技术存在的问题，提出一种多天线系统中多径信道低信噪比环境下的定时同步方法，以避免出现副峰，提高定时同步的定时准确率。

本发明的技术思路是：构造一种由两个相同的ZC序列组成的训练序列，不同的发送天线上的ZC序列由同一个ZC序列循环移位得到；通过对定时测度函数进行改进，消除副峰，通过定时测度函数与门限，确定MIMO-OFDM数据帧的开始位置。

根据上述思路，本发明的技术方案的实现步骤包括如下：

(1)在MIMO-OFDM系统的发送端随机生成一个M比特长度的数据帧，并将该数据帧依次经过BPSK星座映射、空频编码、调制、添加循环前缀，得到第i个发送天线上调制后的信号数据b_i(n)，n＝1,2,…,M+循环前缀长度，i＝1,2,…,N_t，N_t为发送天线总数；

(2)由两段完全相同的长度为N_c的ZC序列c_i(m)和循环前缀构成训练序列，并将该训练序列添加在信号数据b_i(n)之前，组成第i个发送天线的发送信号s_i(n)；