[发明专利]一种低信噪比下的空时分组编码MIMO‑OFDM系统时频同步新方法

摘要

本发明是一种低信噪比下的STBC MIMO‑OFDM系统时频同步新方法，其特征在于在低信噪比条件下，针对STBC MIMO‑OFDM系统很难获得精确的时频同步问题，本发明提出一种低信噪比条件下的STBC MIMO‑OFDM系统时频同步新方法。该方法首先利用一组复互补序列集和正交矩阵构造一个复正交互补序列，通过正交矩阵变换扩展该序列，从而获得合适长度的复正交互补序列；为提高该序列的自相关性和互相关性，训练序列是由该序列的共轭取反特性构造，并叠加于数据信号上。在接收端通过训练序列与数据信号相关获取良好的同步信号，并且整数频偏估计范围可以达到ε∈(‑N/4,N/4)。在低信噪比条件下，本发明提出的同步方法与常规方法比较，在‑15dB时可以获得更加精确的时间同步和较大的频偏范围，且计算复杂度更低。

主权项

一种低信噪比下的空时分组编码MIMO‑OFDM系统时频同步新方法，其特征在于：步骤1：复正交互补序列设计：(1)设计一个复互补序列集{A1,B1,C1,D1},其中A1＝[1,1,j,‑j]，B1＝[1,1,‑j,j]，和C2＝B1,D2＝‑A1，其中是A1的共轭取反运算，‑A1表示A1的负值，j表示虚数符号，j2＝‑1；(2)利用上述复互补序列集构造行向量为4，列向量为8的矩阵E4×8，其中式中(·)T表示矩阵转置；(3)利用正交矩阵重新构造行向量为16，列向量为16新矩阵E16×16，其矩阵(4)利用正交矩阵重新构造行向量为32，列向量为32新矩阵E32×32，获得矩阵(5)重复上述第(4)步方法，改变行向量大小，可以获得更长的正交序列；步骤2：利用上述复正交互补序列设计步骤，则可获取正交矩阵通过矩阵构造一组序列ai(n)，其中n的取值范围n∈[0,N/4‑1]，i的取值范围i∈[1,N/4]，N表示子载波数；步骤3：当i＝1时，构造长度为N/4的序列a1(n)，将序列a1(n)取共轭取反运算获取新的序列b1(n)，有：b1(n)=-a1*(n),n∈[0,N/4-1]---(1)]]>式中：表示序列a1()序列取共轭运算；将序列a1(n)和b1(n)构成长度为N/2的序列t1(n)，有：t1(n)=a1(n),n∈[0,N/4-1]b1(n),n∈[N/4,N/2-1]---(2)]]>步骤4：将序列t1(n)重复一次构造长度为N的序列c1(n)，有：c1(n)=t1(n),n∈[0,N/2-1]t1(n-N/2),n∈[N/2,N-1]---(3)]]>步骤5：将训练序列叠加到一个完整的OFDM符号上信号表示为：rj(n)=P(1-β)xi(n)+Pβci(n),n=0,1,...N+Ng-1---(4)]]>式中：P表示发射机的总功率，β是功率分配因子，其取值范围0<β<1，定义为其中xi(n)为第i帧传输信号，x(n)表示传输信号，ci(n)为第i帧传输信号叠加的训练序列，c(n)为传输信号叠加的训练序列，E(●)表示对括号中序列做均值计算；步骤6：利用接收端接收到的本地训练序列和数据信息相关获取时间同步，定时度量函数表达式为：M(d)=|P(d)|2|R(d)|2---(5)]]>其中：P(d)=Σi=1NTΣj=1NRΣm=01Σn=0N/4-1[rj*(d+N4+N2m+n)ci(N4+N2m+n)+rj*(d+m+n)ci(m+n)]---(6)]]>R(d)=Σi=1NTΣj=1NRΣn=0N/2-1|rj(d+n)|2---(7)]]>式中：NT为发射天线的数目，NR为接收天线的数目，Ng为循环前缀的长度，表示接收端数据信息rj()取共轭运算，n是采样点的数目，ci(n)表示发射天线上的训练序列，d为整数值，其表示本地训练序列和接收端数据信息的相对滑动位置，m表示循环次数；步骤6：由于公式(5)中定时度量函数R(d)是归一化作用，则M(d)达到最大值时，即可判断此刻的d是OFDM符号开始位置，同步算法表示为：τ^=argmaxd{|M(d)|}---(8)]]>式中：表示定时同步估计值；步骤7：采用接收端数据信息自相关性，获取小数频偏估计，其数学公式表示为：F(τ^)=Σi=1NTΣj=1NRΣn=0N/2-1rj*(τ^+n+N/2)rj(n)---(9)]]>ϵ^f=12πangle{real[F(τ^)]imag[F(τ^)]}---(10)]]>式中：real(·)表示取实部运算，imag(·)表示取虚部运算，表示小数频偏估计值，其估计范围：步骤8：将估计出的小数频率偏移补偿后进行频率的整数频偏估计，通过本地训练序列与接收端数据信号相关运算求相位来获取整数频偏估计值，表达式：ϵ^i=-N4πangle[Q(d)d=τ^]---(11)]]>Q(d)=Σi=1NTΣj=1NRΣm=01Σn=0N/2-1rj*(d+N2m+n)·ci(n+N2m+N2)+rj*(d+n+N2m+N2)·ci(n+N2m)---(12)]]>式中：表示整数频偏估计，其估计范围是：