[发明专利]正交频分复用系统中帧同步检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通讯领域中的数据传输技术，特别是指一种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)系统中的帧同步检测方法及装置。

背景技术

在无线通信技术的发展历程中，无线频谱资源的缺乏和无线信道的多径及时变特性引起的传输信号衰落的问题始终限制着无线通信技术的进一步发展。与之对应，OFDM技术由于其频谱利用率高、以及能够很好地克服无线信道的多径特性的特点，因此成为无线通信技术研究的热点。

OFDM技术在20世纪60年代中期被首次提出，当时主要用于军用的无线高频通信系统。该技术提出用离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，简称“DFT”)实现多载波调制。在发送端，待传输的数据经过编码后分成多路并行数据，然后分别调制在多个正交的子载波上，最后将这多路调制信号相加发送出去；在接收端首先对接收信号进行采样，然后使用多个相同的子载波进行多路解调，再将这多路解调信号并串输出，复现发送的信号。但由于当时遇到了很多难以解决的问题，未形成大规模的应用。此后，人们对DFT算法提出优化，使得OFDM技术中的调制和解调可分别由逆快速离散傅立叶变换(InverseFast Discrete Fourier Transform，简称“IFFT”)和快速离散傅立叶变换(FastDiscrete Fourier Transform，简称“FFT”)完成。到了20世纪80年代，大规模集成电路技术的发展解决了FFT的实现问题，OFDM技术开始趋于实用化，得到推广。目前，OFDM主要应用于数字音频广播(Digital Audio Broadcasting，简称“DAB”)、数字视频广播(Digital Video Broadcasting，简称“DVB”)、高速率数字用户环线(High-rate Digital Subscriber Loop，HDSL)、非对称数字用户环线(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)、无线局域网(Wireless Local Area Network，简称“WLAN”)802.11以及无线城域网(WirelessMetropolis Area Network，简称“WMAN”)802.16等领域中，人们已将它列为第4代移动无线通信中的核心技术，用来实现超过2Mbps的移动无线多媒体和数据通信。

图1所示为OFDM通信系统的各组成部分。发送端首先将数据进行编码，并进行数字调制。通常的调制方法有：双相移相键控(Binary Phase Shift Keying，简称“BPSK”)、四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，简称“QPSK”)和正交幅度调制(Quadra ture amplitude modulation，简称“QAM”)。数据流经过调制后分段进行串并转换，每段数据经过IFFT，将将经过编码的待传输数据作为频域信息，将频域信息调制为时域信息。时域信号分段进行调制，并在每段信号的前面加上循环前缀(Cyclic Prefix，简称“CP”)，之后通过发送模块发送到通信信道。接收端则进行相应的反操作。其中。加上CP的处理即为将每段时域信号的最后一小段复制到前面，使得多径时延在小于循环前缀的长度前提下避免符号间干扰(Inter Symbol Interference，简称“ISI”)，大大减少OFDM通信系统对同步错误的敏感性，有效地抵抗多径时延的损害。

由于OFDM采用的是一种特殊的多载波调制方式，要求所有子载波必须满足正交，如果正交性恶化，则整个系统的性能会严重下降，产生OFDM特有的子载波间串扰。而在实际工作中，由于无线衰落信道的时变性，往往会造成频率弥散，引起多普勒频移效应，从而影响载波频率正交性，因此如何实现子载波的精确同步成了OFDM技术中的一个难点。

在OFDM同步技术中，帧同步检测，即判断OFDM帧何时到来，是整个同步过程的第一个环节，剩下的定时同步(包括符号同步和采样时钟同步)和载波同步都依赖于帧同步检测完成的优劣。

一般来说，帧同步检测有两种方法：一种是利用接收信号的能量实现帧同步检测，比较典型的方法是双滑动窗口能量检测法；另一种是利用前导结构实现帧同步检测，比较典型的方法是利用前导(Preamble)的重复性结构的延迟自相关检测方法。