[发明专利]一种高动态环境下的OFDM同步方法及遥测系统

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种高动态环境下的OFDM同步方法，所述高动态环境下的OFDM同步方法对频域ZC序列进行变换；对变换后的频域ZC序列进行IFFT；接收端根据发端的前导序列结构，进行定时同步，根据定时度量函数，获得准确的定时点；然后进行三次迭代小数频偏估计；估计得出小数频偏并对信号进行频偏补偿后，利用ZC序列的移位特性进行整数倍频偏估计并补偿，接收端同步完成。本发明中所采用的OFDM系统中符号样值点数较少，因此整体复杂度并不高，同步捕获完成快，同时可以根据系统需求增加或删除前导序列的长度，具有灵活性。可用于遥测系统等高动态环境中的OFDM同步捕获。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种高动态环境下的OFDM同步方法。

背景技术

OFDM(正交频分复用)技术的频谱利用率高，并具有较强的抗多径能力，已经在DAB(Digital Audio Broadcasting)、DVB(Digital Video Broadcasting)、IEEE 802.11a和IEEE 802.16等很多无线通信标准中得到了应用。同步是通信系统需要解决的重要问题，它直接关系到通信系统的整体性能，具有相当重要的地位。OFDM系统中的同步问题主要包括时间同步、频率同步和采样率同步，由于采样率偏差对系统的影响很小。在OFDM系统中，时间同步是为了寻找OFDM符号的起始位置，来进行快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，FFT)操作，完成对数据的解调。研究结果表明，OFDM系统对时间同步精度要求不是很高，只要保证同步点位于循环前缀(Cyclic Prefix，CP)中不受时延扩展的区域内即能满足系统要求。时间同步完成后再进行频率同步，频率同步是解决发射端和接收端的频率偏差，减小信号幅度衰减以及子载波信道间干扰(ICI)。到目前为止，已有大量文献对OFDM系统的同步问题进行了研究，大致可以分为以下几类：(1)基于CP的同步方法，由于CP与时域上的OFDM符号中一部分数据相同，利用它们之间的相关性可以进行同步参数估计。该类算法复杂度低，易于实现，且不需要增加额外的数据辅助，没有系统带宽损失，属于盲同步算法。但是该类算法的时间同步目标函数同步峰值不尖锐，易产生误判和漏判，同时频偏的估计范围不超过半个子载波间隔。研究表明，基于CP的算法在AWGN信道下性能较好，但在多径衰落信道下性能下降严重，且频偏估计范围小，容易造成子载波间正交性的破坏。(2)基于频域导频的同步方法，一般频域导频主要是用于信道估计的，将其同时用于同步不会额外增加系统开销。该类算法复杂度低，但是估计范围较小，适合用于同步跟踪。(3)基于训练序列的同步方法，目前对于该类方法的研究文献是最多的，虽然引入训练序列会在一定程度上降低系统的数据传输效率，但是基于训练序列的同步方法设计灵活，可以根据不同的需要，采取不同的同步方式，且同步性能相对其它方法好，既可以用于大范围的同步捕获，也适用于小范围的同步跟踪。基于前导训练序列的同步方法，寻找具有良好自相关性的序列作为训练序列符号放在数据帧的前部，训练序列符号长短与频偏估计范围成反比。该方法最早由Moose提出，其将两个相同的OFDM符号构成训练序列，再进行频偏估计。该方法估计精度较高，但估计范围较小。Schmidl和Cox对Moose提出的同步算法进行了改进，釆用两个不同符号构成的训练序列进行系统时频同步，增大了频偏估计范围。但是其定时度量函数存在“峰值平台”现象，不能准确的估计出时间同步位置。Minn和Park对SC算法作出了改进，使得定时度量函数更加尖锐。(4)利用信号高阶统计特性或空子载波的盲同步方法，该类算法同样不需要增加系统开销，但是算法复杂度高，且估计性能较差。在最近几届国际遥测年会和欧洲遥测年会中，OFDM技术在遥测系统中的应该研究一直是一个热点领域，国内航天遥测研究者也早已关注到OFDM技术在频谱效率和抗多径方面的优势。在低信噪比、高动态环境下，无线通信面临诸多挑战，解决好时频同步问题是遥测通信系统的首要任务。特别地，对于多载波通信系统，大的多普勒频偏以及无线信道的时变性，加深了时间和频率偏差对系统的影响，导致严重的符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)。传统的时频同步算法在低信噪比、高动态环境下由于极大多普勒频偏以及未知传输信道的影响的存在，降低了定时同步的准确性，使系统的性能急剧下降。因此，研究低信噪比、高动态环境下的时频同步问题，尤其是针对大的多普勒频偏及变化率的研究，具有重大意义。