[发明专利]一种高性能的OFDM帧同步算法

摘要

本发明属于无线通信同步技术领域，具体为一种高性能的OFDM帧同步算法。本发明包括在OFDM系统发送端将LFM信号作为训练序列叠加到数据信号上，在接收端对接收信号作FRFT，然后检测峰值点位置，从而实现帧同步。本发明算法利用FRFT对LFM信号的能量汇聚特性，使得帧同步的计算量大大降低，同时帧同步的精度有明显提高。仿真结果表明，本方法在具有较低运算量的同时，能够有效提高帧同步的精度。

主权项

1. 一种高性能OFDM帧同步算法，其特征在于具体步骤如下：(1)在OFDM系统发送端，从LFM信号c(t)在[-π，π]区间进行均匀采样得到的序列c(n)作为训练序列，叠加到数据信号u(n)上，作为发送信号s(n)：s(n)＝u(n)+c(n)，n＝0，1，...，N-1，这里N＝N_subc+N_g，N_subc是OFDM子载波数，N_g是CP的长度，u(n)为待发送的频域数据经逆快速富里叶变换，记为IFFT，并添加CP得到的时域数据信号，c(t)=σejπμt2,]]>这里σ为c(t)的平均功率，μ为c(t)的调频率；OFDM为正交频分多址复用，CP为循环前缀，LEM为双线性调频；(2)在OFDM系统的接收端，接收信号r(n)为：r(n)=s(n)*h(n)+v(n)=Σl=0L-1hls(n-τl)+v(n),0≤n≤N-1---(1)]]>式(1)中，*表示卷积，v(n)是均值为零、方差为σ_v²的加性高斯白噪声，h(n)是长度为L的信道冲激响应，表示为：h(n)=Σl=0L-1hlδ(n-τl)---(2)]]>式(2)中，h_l第l径的复数增益，τ_l是第l径的延时；从r(n)中截取长度为N的一段信号，记为y(n)：y(n)=rm-1′(n)+rm′(n),0≤n≤N-1---(4)]]>上式中，rm-1′(n)=rm-1(N-θ+n)0≤n<θrtail(n-θ)θ≤n<θ+L0θ+L≤n≤N-1,]]>rm′(n)=00≤n<θrm(n-θ)θ≤n≤N-1,]]>r_tail(n)是由于信道的时延扩展造成的第(m-1)个OFDM符号的拖尾；r_m-1(n)，r_m(n)和r_m+1(n)分别表示接收到信号r(n)的第(m-1)个，第m个和第(m+1)个OFDM符号，其中，θ表示第m个OFDM符号起始位置的偏差；(3)对y(n)进行阶数为p＝2/π·atan(-1/μ)的N点FRFT，得：Fp[y(n)]=Fp[cm(n-θ)*hm(n-θ)]]]>+Fp[um(n-θ)*hm(n-θ)]+Fp[rm-1′(n)]]]>≈Σl=0L-1hm,lApAlδ[u-θcosα]---(8)]]>+Fp[um(n-θ)*hm(n-θ)]+Fp[rm-1′(n)]]]>上式中，u_m(n)、c_m(n)和h_m(n)分别是对应于第m个OFDM符号的数据信号、训练序列和信道冲激响应，Al=ej[(θ+τm,l)ω1]22-sinαcosα-ju(θ+τm,l)ω12sinα,]]>ω₁＝T_c·cosα，h_m，l和τ_m，l是第l径的复数增益和时延，α＝p/2·π，A_p的表达形式同A₁，式(5)中的第一项为：c_m(n)和h_m(n)卷积后的FRFT，第二项是u_m(n)和h_m(n)卷积后的FRFT，第三项是r′_m-1(n)的FRFT，这两项的能量在p阶分数阶傅里叶域中均不会汇聚，视为干扰项；这里FRFT为分数阶富里叶变换；(4)搜索F^p[y(n)]的幅值最大值，其位置表示为：u1=argmaxu{|Fp[y(n)]|}=θcosα---(9)]]>(5)由下式即得OFDM符号起始位置偏差θ的估计值从而实现帧同步：θ^=round[u1cosα]---(10)]]>上式中，符号round[x]表示取距离x最近的整数。