[发明专利]一种高性能的OFDM帧同步算法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信同步技术领域，具体涉及一种高性能的、快速的OFDM帧同步算法。

背景技术

OFDM是一种多载波并行传输技术。由于能够有效对抗多径环境中的频率选择性衰落，并且具有频谱利用率高和系统实现复杂度低等优点，OFDM被认为是下一代无线通信系统的核心技术之一。由于OFDM系统中数据是以块为单位进行处理的，为了正确恢复发送信号，接收端在作FFT(快速傅里叶变换)之前，需要事先确定每个FFT窗口的起始位置，即帧同步^[3]。

现有的帧同步方法主要可以分为两类：基于循环前缀(CP)的帧同步和基于训练序列的帧同步。文献[1]给出了基于CP的帧同步方法，这类方法利用每个OFDM符号中由于添加CP而带来的首尾两段信号之间的相关性以实现帧同步。文献[2]给出了基于训练序列的帧同步方法，这类方法通过发送特殊设计的训练序列(如周期序列或PN序列)以完成帧同步。

基于CP或训练序列的帧同步方法在某个区间内对FFT窗口的起始位置进行搜索，每次搜索均需计算相关值，具有较大的运算量和处理延时，而且训练序列的发送也降低了系统有效数据传输速率；另外，在低信噪比条件下，这些方法的性能将严重下降，比如，FFT窗口起始位置的估计值将会以很大概率分散在真实值附近的一个区间内，而这也会影响到后续的载波频偏估计。

发明内容

针对OFDM系统，本发明的目的是提出一种高性能的、快速的帧同步算法。

本发明利用双线性调频(LFM)信号在特定分数阶傅里叶域中的能量汇聚特性，发送端在数据信号上叠加由LFM信号构成的训练序列，接收端对接收信号作分数阶傅里叶变换(FRFT)，通过检测峰值点的位置，即可实现帧同步。与文献[1][2]相比，本发明在具有较低运算量的同时，也可以获得较高的帧同步精度。另外，由于训练序列是在叠加在数据信号上的，训练序列的发送既不会降低系统的有效数据传输速率，也不会明显影响系统的误比特率性能。

本发明的具体内容如下：

1.系统结构

考虑如图1中所示的OFDM系统，简洁起见，图中省略了频率同步和采样时钟同步等模块。图1中，u(n)为待发送的频域数据经过逆快速傅里叶变换(IFFT)并添加CP后得到的时域数据信号，c(n)为叠加在数据信号上由LFM信号构成的训练序列，发送信号s(n)＝u(n)+c(n)，n＝0，1，...，N-1，N＝N_subc+N_g，N_subc是OFDM子载波数，N_g是CP的长度。若T_s为系统的采样周期，则一个OFDM符号的持续时间为T＝N·T_s，其中，有用数据的持续时间为T_u＝N_subc·T_s，各个子载波之间的间隔为1/T_u。由图1，接收信号r(n)可表示为：