[发明专利]正交频分复用系统中频率同步实现方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种正交频分复用系统中频率同步实现方法，主要应用于新一代蜂窝移动通信系统和无线局域网以及基于正交频分复用系统的无线和有线传输系统。

背景技术：

利用并行数据传输和频分复用的概念于二十世纪六十年代中期提出，是为了在充分利用有效带宽的情况下，利用交叠的子信道来避免高速均衡器的使用，抵抗脉冲噪声和多径效应。最早在军事通信中应用，它的特点是子载波与子载波之间是正交的。这种系统我们一般称为正交频分复用系统，简称OFDM系统。

在OFDM系统中，由于发送和接收振荡器之间存在不匹配性，或在移动无线通道存在多普勒频移，发送端和接收端存在载波频率偏移。载波频率偏移引入载波间干扰，降低了子载波之间的正交性，从而降低了整个系统的性能。对有大量子载波组成的OFDM系统来说，子载波带宽相对整个信道带宽来说小的多。因此，少量的频率偏移将会导致信噪比实质性的降低。

目前的频率同步方法可以归纳为以下几类：a)在OFDM帧中插入特殊的同步块实现频率同步；b)对接收信号经快速傅立叶变换FFT的输出分析来实现频率同步；c)利用FFT变换前的保护时隙来实现频率同步；

第一类方法利用特殊的同步块估计频率偏移，可得到很好的结果，但是，这种方法要插入同步块，降低了频带利用率，在这种情况下，要求同步块的数量远小于数据数量，还有一点不足，同步时间比较长，算法复杂。

第二类方法频谱利用率高，但同步性能差。

第三类方法利用OFDM系统中信号本身的特性来同步，算法相对来说简单，但是精度比较低。

对于整数倍频率同步来说，利用伪随机序列PN的自相关性做频率捕获，存在着捕获范围和捕获精度间的矛盾。

OFDM系统中，一般利用功率增高的方法作整数倍频率同步，即在频域某些子载波处插入导频，这些导频的功率值大于其它子载波处数据的功率值，接收端利用这些导频功率增高的特性和导频的位置来估计归一化整数倍频率偏移值。这种方法能准确地估计整数倍频率偏移量，其不足之处是估计范围有限。“Performance of OFDM Carrier and Sampling Frequency Synchronization onStationary and Mobile Channels”，IEEE，pp.18-19，June 2000文章中提出把频率捕获和跟踪分三步实现。第一步，在最大似然函数ML准则下，利用保护间隔做频率跟踪(属于粗频率同步)；第二步，利用导频功率增高的方法做整数倍频率同步(属于精频率同步)；第三步，利用前后符号中插入的导频的互相关性做进一步的小数倍频率同步(属于精频率同步)。这种算法可精确的实现频率偏移校正，但这种方法主要用于DVB-T。且频率捕获算法相对复杂。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新的正交频分复用系统中频率同步实现方法，在保证精度的前提下，能有效提高频率捕获范围，降低算法的复杂度，用可编程门阵列(FPGA)实现时，减少FPGA门的开销。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用小数倍同步和整数倍同步分离，先做小数倍同步，初步补偿后做整数倍同步的方法。整数倍同步不直接在频域中做信号的互相关来估计整数倍频率偏移，而是通过离散傅立叶变换，把信号的互相关转化为信号的乘积，输入的串行信号通过一个乘法器和本地ROM中的信号相乘，这样把信号的互相关运算转化为用一个乘法器对输入的串行信号和本地ROM中存储的数据相乘，输出数据通过串/并转换器转成并行数据，修正接收器本身带有的FFT的参数，把它改成反傅立叶变换(IFFT)，利用IFFT模块对串/并转换器输出的并行信号做IFFT，比较IFFT模块输出信号模值的大小，从而得到整数倍频偏估计值。小数倍同步利用短训练序列的t8、t9、t10实现。因此，新的频率同步方法可先在FFT前作频率跟踪，估计小数倍频率偏移，然后经初步频率校正后作频率捕获，估计整数倍频率偏移，估计范围在[-32ΔF，31ΔF]。

本发明的方法具体步骤如下：

1、先进行小数倍频率同步。将接收到的帧同步后的数据分成两路，一路信号给乘法器，一路信号给延时器延时N个采样数据，延时的数据取共轭与另一路数据相乘，再做长度为L的移位和，分别取其实部和虚部，作为估计器的输入信号。

帧同步模块的功能是给出FFT窗的开始位置，取出符号的头(符号从哪里开始)，经过帧同步给出短训练序列t8、t9、t10和长训练序列的开始位置，t8、t9、t10分别表示第8个、第9个和第10个短训练序列。