DC—OFDM系统中的符号同步算法

根据 Ｆ Ｔ的循环特征 ， Ｆ 经过 Ｆ 处理后的信号 盯
可 以表示 为 ： （ ： （ ｅ 七） ｋ）－ ｊ （） ６
１ … ｉⅣ １ ］ ）Ｘ ＿） （
因此 ， 整个 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号的长度为 Ⅳ 。 ＋
其中 （ ） ｋ 为理想同步时 Ｆ Ｔ的输 出信号。 Ｆ 从
在这种情况下 ，Ｆ 输人窗 口取 到的数据点 ＦＴ
为ＯＤ Ｆ Ｍ符号 的周期。图 １ 表示 的是 Ｄ — Ｆ Ｍ Ｃ Ｏ Ｄ 为第 个循环前缀 中的 ｄ ｉ 个数据点和剩下的在第 ｉ 系统 中 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号的结构图。 ｎ 为第 ｉ Ｏ Ｄ 个 Ｏ Ｄ ｘ（ ） 个 ＦＭ Ｆ Ｍ符号中取得 的 Ⅳ ｄ 数据点。在这里 ， ＿个 我 符号中的第 ｎ 个采样点数据 ， 其中 ０ ≤Ⅳ １ ≤门 ＿ 。
解调 中一个 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号 内的 Ｆ Ｔ窗 口位置不 正确 Ｆ
那么经过信道均衡后的基带信号为 ：
（ ） 太： ： ｋ ｘ（ ） （） ８
将会引入符号间干扰 （Ｓ ）造成严重 的性能下降。 ＩＩ ，
在这一节 中，我们将探讨由于时间同步错误造成的
ＩＩ 响 。 Ｓ影
Ｈ（ ｋ）
利用率比 Ｍ — Ｆ Ｍ系统更高效 。 ＢＯＤ 然而 ， Ｄ — Ｆ Ｍ系统 中， 在 ＣＯ Ｄ 信号是通过一个终
端传到另一个终端 ，不过终端之间都存在一定的距
响后判断一帧的结束时刻。下面我们将具体讨论符
号 同步算 法 。
， ＾ ．Ｉ ＾ ＾ ，ｒ ｉ－） … ¨ ｈ－ － － ， ｒ＇ ｃ ￣
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓ ａ ｅ ｕｓｔｅｅ ｈ ｓ ｎｓｍｂ ｌｉ ｎ ｓ ｅ ｎＤＣ ＯＦ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｈ ｍｐ ａｉ ｏ ｙ ｏ ｍｉｇｉ ｕ ｓｉ — ＤＭ ａｅ Ｂ ｓｓｅ ． ｅｄｖｄ ｐ ｓ ｔ ｓ ｂ ｓ ｄＵＷ ｙ ｔｍｓ Ｗ ｉｉｅ
ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｏ ｅａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅｒ ｂ ｓ ｅ ｓ ｎ ｒｆ ｒ ｃ ｉ ｖ ｕ ｔ ｓ ． ｈ ｈ ｏ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ＵＷ Ｂ ＯＦ ｙ ｗｏ ｄ ： ； ＤＭ ； ｍｂ ｌ ｉ ｎ ； Ｆ ｓ ｙ ｏ ｍｉ ｇＴ Ｃ ｔ
１ 引言
在 中 国 ，基 于 Ｕ ＷＢ技 术 的双载 波 正 交 频分 复
但是一般来说 ，在数据符号前需要加入循环前
缀， 用来组成一个完整的 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号。传统上 ， ｉ 第 个 ＯＤ Ｆ Ｍ符号 的循环前缀 Ｐ由 Ｊ个采样点 数据构 ｌ ｖ
成， 这些采样点数据为 中最后的 ｐ ［（ ＿ ）ｉ ｘ Ⅳ Ｘ（ Ｊ 采样点数据 。 （） ３
离 ， 以该 系统需要 一个 同步模块 。 所 同步是 一个 基本
的模块 ， 是保证系统性能的前提 ， 不论终端通过有线
或无 线连 接 ，系统 都需 要一 个特 殊 的机制来 补偿 时
用 （ Ｃ Ｏ Ｄ 系统在前段时间被提 了出来 ［ ， Ｄ — Ｆ Ｍ） １ 并 ］
且 标准 【 于 ２ １ 年 １ １ 已 ０１ 月正 式 发 布 ， 开始 实 施 。 ５月 基于 Ｕ ＷＢ系 统 的 Ｄ — Ｆ Ｍ 系统 的物 理层 和基 于 ＣＯ Ｄ Ｕ ＷＢ技 术 的 多 带正 交 频 分 复 用 （ — Ｆ Ｍ ） 统 ＭＢ Ｏ Ｄ 系
Ｉ １ ｓ 一 ｕ丽 ｂ 一 丁
ｒ ：
． ：
Ｈ
如 卜———一
图 １Ｏ Ｄ ＦＭ符号 的结构图 （ ｄ表示符号同步误 差）
然后 ，我们分析以下两种情况下的符号 同步错
（ ） １ 、 误。
第一种情况 ： 符号同步位置落在循环前缀中。
在（ ） １ 式中 为采样周期 ， Ⅳ为子载波的数 目，
ｃ ｏ ｓ ｏ ｅａ ｉｎ ｍｅｈｏ ｏ ｍｅ ｔｔ ｅ ｒ ｑ ｒ ｍｅ ｔ ｆＵＷ Ｂ ｙ ｔ ｍ ｎ ｄｉ ｅ ｅ ｔｉ ｄ ｏ ｌｉ ｐ ｔ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｒ ｓ —ｃ ｒ ｌ ｔｏ ｔ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ｕｉｅ ｎ ｓｏ ｓ ｓｅ ｉ ｆ ｒ ｎ ｎ ｏ ｒｍｕ ｔ－ ａ ｈ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｓ， ｆ
摘要： 本文详细介绍 了基于超 宽带 （Ｗ ） Ｕ Ｂ 技术的双载波正 交频分复用 （ ＣＯ Ｄ ） Ｄ —ＦＭ 系统 中的一种符号同
步算法 ， 该算法把整个符号同步过程分为四个步骤来实现： 包检测、 粗同步、 时频编码 （ Ｆ ） ＴＣ 检测以及精 细同步。在算法的实现上， 本文采用 了自 关和互相关的方法， 相 以满足在不同的室内多径环境下 ＵＢ Ｗ 技 术的要 求， 并且该算法具有很好的鲁棒性。 关键词： 超宽带技术； 正交频分复用； 符号 同步； 时频编码
ｗ＝ ） （ ｊ ） … （ ，＋（ ＿ ） ｉ［ （ ， ｄ １ ， Ｎ） 。 Ⅳ ， ＋
，
（ 肛 １ ， ， （ － ｇ － ） （ ） ）． Ⅳ Ⅳ ４ １ ］ ９ ． ． ＋
经 过 Ｆ Ｔ处理 后 可 以得到 ： Ｆ
帧的开始部分都提供了前导符 ， 以我们可 以使用 所
Ⅳ
（）∑【 ｎ珊 ＋（＋ ） ｎ： ｘ ＋ ）ｗｎ埘 】 （
ｎ＝ １
因此 ，相位旋转 以及 ＩＩ Ｓ 将同时添加到第 ｉ 个 ＯＤ Ｆ Ｍ符号的第 个子载波上 。 以， 所 符号 同步误差 将会导致 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ系统性能下降 ， 甚至会使系统不能
工作 。
＝
（１ ＋ ｎ） ／） ｗ （ 】
■ 国ｇｄｃ 【－ｈＩｒＣｉ ！ 巾 成 ｉ — ｉ集ｔ ｒ ｊ ｎｅｅ路 ■ ａ 电ｔ Ｃ ｎａ ｕ ｔ
设 Ｉ 隅 — 计 ，一
Ｄ ＯＦ Ｍ系统中的符号同步算法 Ｃ— Ｄ
李凯， 陈昊 ， 叶凡 ， 任俊 彦
（ 复旦 大学专用集成 电路与 系统 国家重点 实验 室 ／ 纳创新平 台 上海 ，０２ ３ 微 ２ １０ ）
‘● ， ●＾
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第二种情况 ： 符号 同步位置落在循环前缀外 。 在这种情况下 ， 符号同步位置落在 了 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符 号 中的数据符号部分。于是 ，兀’ Ｆ 的输入信号为 ：
间延迟、 相位移动以及频率偏移等误差 ， 以保证终端 之间正确的通信要求 。从 Ｄ — Ｆ Ｍ系统的角度 ＣＯＤ 看， 整个同步过程可 以简要地分为两部分 ： 符号同步
和频率 同步。 在本文 中， 我们侧重于符号同步算法的
而有关频率同步的问题可以查看有关资料。 符 的物理层相似 ， 但是 Ｄ — Ｆ Ｍ系统利用双载波传 研究 ， ＣＯＤ 输数据 ， Ｍ — Ｆ Ｍ 系统只利用一个 载波传输数 号 同步模块是接收机基带的第一个模块 ，它的作用 而 Ｂ ＯＤ
ａ ｄ ｆ ｅ ｔ ｎ ． Ｉ ｈ ｓｅｔｏ ｌｏｉ ｍ ｄ ｖｌ ｍ ｎ， ｗ ｄｐ ｈ ｏ ｔａ ｔ ｃｒ ｌ ｉ ｎ ｎ ｎ ｉ ｇ ｉ ｍｉ ｎ ｔｅ ａｐｃ ｆａｇｒｈ ｅ ｅ ｐ ｅ ｔ ｔ ｏ ｅ ａ ｏｔ ｔｅ ｊｉ ｕｏ ｏ ｅａ ｏ ａ ｄ ｎ － ｒ ｔｎ
＾ｍ
２ Ｏ Ｄ 符 号的结构 ＦＭ
ＯＤ Ｆ Ｍ符 号是 Ｄ ～ Ｆ Ｍ 系统 中帧 的基本 单 Ｃ ＯＤ 元 。基于 Ｕ ＷＢ技术 的 Ｄ — Ｆ Ｍ 系统采用标准 的 ＣＯＤ
多频 段 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ调 制方 式【 它 的调 制长 度 为 １ ８ ｌ Ｊ ， ２ 。在
新写成下式 ， 其中 ０ ≤Ⅳ １ ≤ｎ ． 。
上式中可以看 出，符号同步误差导致了第 ｋ 个子载 波上添加 了一个相位旋转值 ２ ： 。这一旋转 仃 ｄ／ Ｎ
３ 符号 同步误差分析
ＯＤ Ｆ Ｍ符 号 是 Ｏ Ｄ 系 统 中 的基 本处 理 单 元 。 ＦＭ
值， 可以通过信道均衡补偿 回来。
假设实际的信道频率 响应为 Ｈ（ ） 信道估计 ｋ，
Ｘ ［ （ Ｘ（ ） ｘ（ ＿ ） ｉ Ｘ ０） ｉ １ … Ⅳ １ ］ ＝ｉ （ ２）
们定义 ｄ ， 可以得到 ： ≤Ｎ
＝
（ ＿ Ｊ， Ⅳ １ …．（ － ） Ⅳ ｄ （ ＿ ） ） Ⅳ １，
（ ，ｌ１ ， （ － １ 】 ０）ｙ（ ） …， Ⅳ ｄ ） （ ５）
通过上式 ，我们可以看出接收机可 以正确解调
ＯＤ Ｆ Ｍ符号。 换句话说 ， 如果符号同步位置落在循环 前缀 中， 并且满足约束条件 一 Ｌ Ｌ指信道响应 ＞ （
图１ 中表示的是考虑多径信道的影响下经过采
样后 的 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号结构。在时域 中， （ ） 以重 长度 ）符号同步误差将不会影响系统性能。 式 ２可 ，
ｔ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓｉ ｔ ｕ ｄ ｌ ｓｂ ｎ ｔ ｎ ｌ ｙ ｐ ｃ ｅ ｅｅ ｔ ｎ，ｃ ａ ｓ ｉ ｎ ，Ｔ Ｃ ｄ ｔ ｃｉ ｎ ｈ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｒ ｃ ｓ ｏ ｆ ｒｍｏ ｕ ｅ ｙ ｆ ｃｉ ａｉ ： ａ ｋ ｔ ｔｃ ｉ ｏ ｎ ｏ ｕ ｏ ｔ ｄ ｏ ｏ ｒｅｔ ｍｉ ｇ Ｆ ｅｅｔ ｏ
Ｉ＇ ｔ￣ ＿｛ ：＇ ｎ ｗ— ． Ｆｗ ｄ Ｉ
ｌ ｛
时域 中，每一个 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ符号 由 １８ ２ 个数据位组成 ；
在频 域 中 ，这 意 味着每 个子 频带 由 １８个 子载 波组 ２ 成 。由于每个 子频 带 的带 宽为 ２４ ｚ所 以子载波 ６ ＭＨ ， 间的 间距 等 于 ２０２ ｚ ．６ ＭＨ 。
据圆 并且 Ｄ — Ｆ Ｍ 系统 比 Ｍ — Ｆ Ｍ 系统拥 有 是 当接收 机唤 醒并 开始 接 收信 号 时 ，判 断一个 ； ＣＯ Ｄ ＢＯ Ｄ Ｆ Ｍ符号开始的时刻 ，以及 当考虑多径信道 的影 更 多的频段ｆ 这就意 味着 ， Ｃ Ｏ Ｄ ３ ］ ， Ｄ — Ｆ Ｍ系统 的带宽 Ｏ Ｄ
（ ０） １
（ ） ［ （ ） （ ］ ： ＋ 七） （ ＝ ｋ）