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精品文檔-下載后可編輯一種基于單訓(xùn)練符號(hào)的OFDM聯(lián)合同步新算法-基礎(chǔ)電子0引言
正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波調(diào)制方式,其基本思想是把高速率的信源信息流通過(guò)串并變換后,變換成N路低速率的并行數(shù)據(jù)流,然后將這N路數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到N個(gè)相互正交的子載波上并行傳輸?shù)募夹g(shù)。由于OFDM具有抗多徑衰落和頻率選擇性衰落的能力,同時(shí)又能提高系統(tǒng)的頻譜利用率等,因此OFDM系統(tǒng)特別適用于多徑無(wú)線信道環(huán)境下高速率數(shù)據(jù)的傳輸。但是與單載波系統(tǒng)相比,OFDM系統(tǒng)對(duì)同步的要求更加嚴(yán)格,對(duì)同步誤差更為敏感,如果同步不準(zhǔn)確,會(huì)直接影響到子載波間的正交性,造成子載波間干擾(ICI)和符號(hào)間干擾(ISI),嚴(yán)重影響OFDM系統(tǒng)的性能。OFDM的同步算法一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn),本文通過(guò)對(duì)經(jīng)典的SchmidlCox時(shí)頻聯(lián)合同步算法進(jìn)行研究,提出了一種改進(jìn)算法,即基于單訓(xùn)練符號(hào)的OFDM聯(lián)合同步算法。通過(guò)軟件仿真,得出新的聯(lián)合同步算法具有更好的同步精度的結(jié)論。
1SchmidlCox時(shí)頻聯(lián)合同步算法
Schmidl及Cox提出了一種基于訓(xùn)練符號(hào)的時(shí)頻聯(lián)合同步算法,在這種同步算法中,訓(xùn)練序列選取兩個(gè)OFDM符號(hào),個(gè)符號(hào)用于符號(hào)定時(shí)同步以及小數(shù)倍頻偏的估計(jì);第二個(gè)符號(hào)用于整數(shù)倍頻偏的估計(jì)。圖1顯示的是SchmidlCox算法的訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中,訓(xùn)練序列個(gè)符號(hào)在時(shí)域中由前后相同的兩部分組成,第二個(gè)訓(xùn)練符號(hào)偶數(shù)倍子載波上面調(diào)制的數(shù)據(jù)與個(gè)符號(hào)的相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)具有一種差分關(guān)系,整數(shù)倍頻偏的估計(jì)正是利用這種關(guān)系來(lái)完成的。
由于訓(xùn)練序列中個(gè)符號(hào)的前半部分和后半部分完全相同,所以載波頻率偏差對(duì)信號(hào)造成的影響只是相位偏轉(zhuǎn)。如果前半部分的數(shù)據(jù)取共軛后,與后半部分的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)(間隔T/2)相乘,信道的影響就可以消除了,只會(huì)存在φ=πT△f的相位差。在訓(xùn)練符號(hào)的起始部分,每一對(duì)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)相乘,都會(huì)近似存在這個(gè)相位,所以求和后這種相位差會(huì)累積起來(lái),達(dá)到較大的幅度。
SchmidlCox算法使用的定時(shí)函數(shù)可以表示為:
由于M(d)的輸出中存在一個(gè)“平臺(tái)”區(qū)域,而且這個(gè)區(qū)域并不,因此定時(shí)函數(shù)的相關(guān)峰分布在某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)。圖2給出了高斯信道下M(d)的輸出波形。其中,SNR=15dB,信息數(shù)據(jù)為4個(gè)OFDM符號(hào),每個(gè)OFDM符號(hào)長(zhǎng)度為1024,循環(huán)前綴長(zhǎng)度為128,訓(xùn)練序列插入位置位于信息序列的正中間。可見,訓(xùn)練序列區(qū)域M(d)的輸出幅度明顯高于其他信息數(shù)據(jù)區(qū)域,符號(hào)定時(shí)的完成正是利用了這一特點(diǎn)。
2時(shí)頻聯(lián)合新算法
訓(xùn)練符號(hào)的結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到算法的性能,在SchmidlCox算法訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行一定修改,新的訓(xùn)練符號(hào)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖4顯示了這種改造的具體過(guò)程。
在時(shí)域內(nèi),訓(xùn)練符號(hào)由等長(zhǎng)的四部分組成,其中,A本身內(nèi)部具有重復(fù)結(jié)構(gòu),A與B具有對(duì)稱共軛關(guān)系,數(shù)據(jù)A的獲得,通過(guò)將調(diào)制后的N/4長(zhǎng)度序列進(jìn)行IFFT的方法實(shí)現(xiàn),這N/4長(zhǎng)度序列在偶數(shù)子載波位置上發(fā)送PN序列,在奇數(shù)子載波的位置上發(fā)送零,經(jīng)過(guò)IFFT后可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)A本身的重復(fù)結(jié)構(gòu),后將A取對(duì)稱、共軛后,得到B,再將B取相反數(shù),得到-B。
為了獲得更優(yōu)的符號(hào)定時(shí)性能,提出的算法思路首先就是避免采用呈現(xiàn)“平臺(tái)”現(xiàn)象的定時(shí)函數(shù),而希望構(gòu)造的定時(shí)函數(shù)能在正確的同步位置處形成單一、尖銳的相關(guān)峰,更適合采用峰值檢測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)同步。新算法將訓(xùn)練符號(hào)進(jìn)行了改造,具體操作如下:在訓(xùn)練符號(hào)部分的數(shù)據(jù)A的前面乘上一個(gè)等長(zhǎng)的m序列p(n),故部分的數(shù)據(jù)變?yōu)閜(n)A,訓(xùn)練符號(hào)其余三部分的得到方法與上面相同。
因?yàn)閙序列具有良好的自相關(guān)特性,所以p(n)采用映射m序列的方法得到。取長(zhǎng)度為N/4的m序列,形式為“0”,“1”序列,映射方法為將序列中的“0”置換為“-1”,變換之后的新序列即為p(n)。需要說(shuō)明一下,p(n)的引入及構(gòu)造p(n)時(shí),對(duì)m序列所作變形的意義在于在訓(xùn)練符號(hào)中隨機(jī)引入“-1”,“1”,在不對(duì)小數(shù)倍頻偏估計(jì)造成影響的基礎(chǔ)上,利用其良好的自相關(guān)特性,可以進(jìn)一步優(yōu)化符號(hào)定時(shí)同步性能。
根據(jù)改造后訓(xùn)練符號(hào)的特點(diǎn),新算法提出的定時(shí)函數(shù)為:
式中:d表示時(shí)間序號(hào),每次沿著時(shí)間軸移動(dòng)一個(gè)樣值,搜索使M(d)達(dá)到值的時(shí)間序號(hào),即為訓(xùn)練符號(hào)的起始時(shí)刻。符號(hào)定時(shí)的完成就是通過(guò)檢驗(yàn)M(d)的值來(lái)確定的??梢钥闯觯滤惴ㄖ卸〞r(shí)函數(shù)的表達(dá)式與Schmidl&Cox算法相同,發(fā)生變化的是相關(guān)函數(shù)表達(dá)式P(d)的形式,根據(jù)訓(xùn)練序列的特殊結(jié)構(gòu),相關(guān)函數(shù)定義為三對(duì)數(shù)據(jù)段運(yùn)算的總和,又由于訓(xùn)練序列中第三部分?jǐn)?shù)據(jù)是部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)稱共軛后的相反數(shù),所以P(d)表達(dá)式中又引入了因子(-1)k。
與圖2相比,圖5所示的新算法的符號(hào)定時(shí)函數(shù)輸出波形呈現(xiàn)出類似沖激的峰值,有效地克服了SchmidlCox時(shí)頻聯(lián)合同步算法中符號(hào)定時(shí)函數(shù)輸出波形的頂端平臺(tái)和波峰兩側(cè)數(shù)值下降緩慢所帶的誤差,有利于符號(hào)定時(shí)同步的完成。圖6是應(yīng)用上述兩種同步算法對(duì)OFDM系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)得到的信噪比一均方誤差圖。
3結(jié)語(yǔ)
從圖6中結(jié)果可以看出,新算法的符號(hào)定時(shí)同步性能比SchmidlCox時(shí)頻聯(lián)合同步算法的性能有
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