一种改进的OFDM定时同步算法

图 1 O FDM 系统的同步模型
2 传统的定时同步算法 2. 1 SC 算法 Schmidl& Cox 提出使用 2 个特殊训练序列进行符 号定时同步和频率同步的方案。训练序列 1 在时域的
第3期
赵江锋等: 一种改进的 OF DM 定时同步算法 定时度量函数为: M 3 ( d) = 其中 :
N / 2- 1 0
0 引
言
练序列进行定时和频率联合估计的方法 ( 以下简称 SC 算法 ) 。但是这种方法在正确定时位置附近有一个峰 值平台, 给定时造成很大的模糊性。针对 SC 算法定时 测度平台的不确定性, M inn 提出了两种改进的定时算 法 。第一种是利用训练序列的循环前缀设定一个滑 动运算窗口对序列进行归一化 , 使原始的 SC 算法峰值 平台趋于尖峰 , 取得了较好的同步效果 , 但在低信噪比 的环境下同步误差 较大。 M inn 算 法也消除了峰值 平 台, 但在主峰值旁出现了较大的旁瓣 , 这样在信道衰落 和噪声影响的情况下, 很容易出现误判 , 并且在循环前 缀长度为 OFDM 数据长度的 1/ 4 时, 由于算法本身的 缺陷 , 会产生两个峰值, 给定时带来很大的误差。 P ark 提出了一种算法[ 3] , 可以产生类似 冲激响应的定时 曲 线, 进一步提高了定时估计性能 , 但其主峰旁边也会产 生副峰, 在循环前缀长度为 OFDM 数据长度的 1/ 2 时 , 也会产生两个主峰值, 给定时带来很大的误差。 针对 以上 问题 , 本 文 基于 SC 算 法 的思 想, 提 出
N- 1 j2 K ( n- ( i- 1) N )
l
前后两部分是相同的, 用来实现符号定时和小数频偏估 计, 并利用训练序列 1 和训练序列 2 之间存在一种差分 关系完成 对整数 倍频偏 的估 计。该算 法的帧 结构 如 图 2所示, 定时判决曲线图如图 3 所示。
图 2 SC 算法帧结构
定时度量函数为: M ( d) = 其中 :
L- 1
h( n) =
l=
al ( n -
l
)
l
( 2) 是不同
图3 SC 算法定时判决曲线
式中 : L 是路径数; a l 是不同路径的复数增益 ; 路径的时延, 1 = 0 且 l > 1 时, l > 1 。
L- 1
在正确符号同步的条件下 , 接收端的采样信号为: r ( nT s ) =
N / 2- 1
P( d) 2 ( R( d) ) 2
( 4)
P ( d) =
m= 0
r ( d + m) ∀ r( d + m + N / 2)
* N / 2- 1
( 5) ( 6)
si ( n) =
K= 0
X i, k e N
Rect( n- ( i - 1) N l )
( 1)
R( d) =
m= 0
Abstract : Or thog onal Fr equency Divisio n M ult iplex ing ( O FDM ) is a special mut i carr ier communication system, w hich is extr emely sensitiv e to synchronizatio n er ro rs w hich can lead t o sev ere system deg radation. A n improv ed tr aining sequence based OFD M synchr onization algo rithm is pro po sed on the basis of the study o f SC, M inn and P ark alg or ithms. T he tr aining symbols o f SC alg or ithm are used in the frequency do main in t he new algo rithm. T he plateau in timing synchr onization is eliminated by multiplying the special pseudo rando m sequence in time domain. T he frequency sy nchro nization is finished by ut ilizing the g oo d autoco rr elatio n o f the training sequence in the fr equency domain. T he simulation results show t hat the pro posed scheme is mor e efficient in compariso n w ith the co nv entional alg or ithm, the impro ved algo rit hm has a v ery sharp peak in synchr onization position and a better per for mance in synchr onization, and it is more accur ate in symbol tim ing . T he car rier frequency offset estimation is also impr ov ed. Keywords: OF DM ; timing sy nchro nizat ion; cy clic prefix ; t raining sequence
l= 0
从图 3 中可以看出, SC 算法的定时判决函数在正 确定时位置附近存在一个平缓段 , 给定时估计带来了很 大的不确定性 , 并且随着信噪比的升高 , 这个平缓段越 来越趋于 平坦。出 现平 坦区是 由于循 环前缀 是后 面 L 个数据的拷贝, 所以在做滑动相关时, 当定时同步位 置超前, 正确位置落于循环前缀内时 , 各个样值依然一 一对应, 在整个循环前缀区域, 定时同步判决函数都会 出现峰值。在 SC 算法中 , 该平缓段的长度约等于循环 前缀的长度减去信道冲击响应的长度。也就是说 , 信道 响应的长度 越长, 平缓段就 越短, 定时同步 判断就 越 准确。 为了消除峰 值位置的平坦区 , Schmidl& Co x 提 出 一种均值法, 即找到最大值点和 2 个最大值的 90% 的 点, 一点位于最大值左边 , 一点位于其右边, 因而定时估 计被认为是这 2 个 90% 值点的均值。 2. 2 M inn 算法 H . M inn 对 SC 的方法进行了修改 , 提出了两种方 案, 有效地去除了峰值区平坦现象。
Improved Algorithm for OFDM Timing Synchronization
ZH A O Jiang feng , ZH A N G H ui sheng, LI Li xin
( Colleg e o f E lectronic Inform ation Eng ineering, N orthw estern Poly technical U niv ersity , Xi an 710129, China)
收稿日期 : 2010 09 16
32
现代电子技术
2011 年第 34 卷
一种改进的定时同步算法 , 理论分析和仿真结果表明 , 改进算法的定时性能比 SC 算法大大提高 , 频偏估计也 有所提高。 1 OFDM 系统同步模型 OF DM 的基本原理就 是把高速的数据流通过串 / 并变换, 分配到传输速率相对较低的相互正交的若干个 子信道中进行传输。图 1 为 OFDM 系统模型 , 说明了 OF DM 系统的同步要求, 并给出了各种同步在系统中 的位置。设 OF DM 系统有 N 路子载波 , 发送端先将待 传输数据经过编码、 交织等必要处理, 再根据映射方式 ( 如 PSK, QAM ) 转换成映射符号, 然后经串 / 并变换和 离散快速傅里叶逆变换 ( IFF T ) 将数据流调制到 N 个 并行的子载波上 , 再加入循环前缀, 得到 OF DM 离散信 号为 :
r ( d + m + N / 2)
2
式中: Rect =
1, 0 ! n < N l 0, 其他
为发射机矩形脉冲成形
式中 : r( i) 表示在 i 时刻接收到的信号。
滤波器; N l = N + N g , N g 为循环前缀长度; X i, k 为第 i 个 OF DM 信号的第 k 个子载波上的信号。 发射信号经过多径衰落信道进行传输。假设多径 衰落信道的冲激响应为:
1 N / 4- 1
P 3 ( d) ( R 3 ( d) ) 2
2
( 11)
P 3 ( d) =
n= 0
2011 年 2 月 1 日 第 34 卷第 3 期
现代电子技术
M odern Electro nics T echnique
Feb. 2011 V ol. 34 N o. 3
一种改进的 OFDM 定时同步算法
赵江锋, 张会生, 李立欣
( 西北工业大学 电子信息学院 , 陕西 西安 摘 710129)
[ 2] [ 1]
OF DM 技术作为多载波传输 技术的一种, 其并行 传输机制、 内在抗符号间干扰和多径信道分集等特性 , 在衰落信道中显示了很强的数据传输能力。同时由于 其子载波间的正交性 , OF DM 系统具有很高的信道利 用率。因此, 它是一种实现高速双向无线数据通信的良 好方法 , 越来越受到人们的关注。然而, OF DM 系统对 同步误差十分敏感, 当存在同步误差时会引起严重的载 波间干扰和符号间干扰, 使系统性能明显下降。因此 , 在 OFDM 系统中 , 精确的定时偏差和频率偏差的估计 及补偿显得极其重要 , 同步问题已成为 OF DM 系统研 究的一个非常重要的内容。 为此 , 很多学者都在这方面做了大量研究 , 其中比 较典型的一种算法是 Schmidl& Cox 提出的基于特殊训