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基于噪声子空间的OFDM定时同步系统

阅读：1031发布：2020-05-19

专利汇可以提供基于噪声子空间的OFDM定时同步系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于噪声子空间的OFDM 定时同步系统，包括快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置，其中：快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置依次相连。通过引入噪声子空间的概念，去除了多径间干扰对估计结果的影响，从而能够获得无偏的定时同步信息；傅立叶正/反变换装置存在高效的实现结构和快速的算法，通过采用大量的傅立叶正/反变换装置，减轻了系统实现复杂度；本发明提出的定时同步系统能用于包括OFDM在内的各种有循环前缀的分块传输系统。，下面是基于噪声子空间的OFDM定时同步系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于噪声子空间的OFDM定时同步系统，其特征在于：包括快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置，其中：快速傅立叶变换装置，相位补偿和解装置，快速傅立叶反变换装置，平方装置，加法装置和窗口最小值搜索装置依次相连；
所述的快速傅立叶变换装置，分别接受信号的第i，i+1，...，i+G个采样点为起点进行N点快速傅立叶变化，得到G+1个长度为N的频域信号，i为窗内接收信号的任意一个采样位置，G为循环前缀的长度，N为OFDM系统的子载波数；
所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，然后对补偿后的频域信号除以接收端已知的训练序列；
所述的快速傅立叶反变换装置，对去除调制符号后的频域信号做M点的快速傅立叶反变换，得到G+1个长度为M的时域信号，M为训练序列占用的子载波数；
所述的平方装置，对每个时域信号尾部的M-G个值的模平方求和；
所述的加法装置，对平方装置中得到的G+1个值的和，记为ρi；
所述的窗口最小值搜索装置，搜索窗口内最小的ρi，定时输出OFDM符号的起点位置。
2.根据权利要求1所述的基于噪声子空间的OFDM定时同步系统，其特征在于：所述的循环前缀的长度G大于无线多径信道的最大时延扩展。
3.根据权利要求1所述的基于噪声子空间的OFDM定时同步系统，其特征在于：所述的循环前缀的长度G小于训练序列占用的子载波数M，训练序列占用的子载波数M小于等于OFDM系统的子载波数N。
4.根据权利要求1所述的基于噪声子空间的OFDM定时同步系统，其特征在于：所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，通过对第i+n个频域信号的第k个子载波乘以实现。

说明书全文

基于噪声子空间的OFDM定时同步系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种移动通信中的同步技术领域定时同步系统，尤其涉及的是一种基于噪声子空间的OFDM定时同步系统。

背景技术

[0002] 定时同步是移动通信系统能正常通信的前提。为了能够支持高速数据业务，未来移动通信系统将采用宽带、多(收、发)天线的系统，而正交频分复用(OFDM)是未来移动通信系统的重要候选方案。在OFDM系统中，传统的定时同步技术主要是通过对训练序列进行自相关运算，然后寻找峰值的方法来找到符号的起始点。这种定时同步技术在高斯信道中可以工作得很好，但对于多径衰落信道，由于相关运算无法去除多径间干扰的影响，所以得到的定时同步信息是有偏的。本发明利用信道估计存在噪声子空间的特点，提出了一种基于噪声子空间的定时同步系统。由于该技术能有效地去除多径间干扰的影响，所以得到的定时同步信息是无偏的。

发明内容

[0003] 发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于噪声子空间的OFDM定时同步系统，基于噪声子空间的高精度的符号起始位置估计方法，提供一种快速可靠、估计精度高、实现复杂度低、适用于有OFDM系统的定时同步技术。

[0004] 技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置，其中：快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置依次相连；

[0005] 所述的快速傅立叶变换装置，分别接受信号的第i，i+1，...，i+G个采样点为起点进行N点快速傅立叶变化(FFT)，得到G+1个长度为N的频域信号，i为窗内接收信号的任意一个采样位置，G为循环前缀的长度，N为OFDM系统的子载波数；

[0006] 所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，然后对补偿后的频域信号除以接收端已知的训练序列；

[0007] 所述的快速傅立叶反变换装置，对去除调制符号后的频域信号做M点的快速傅立叶反变换(IFFT)，得到G+1个长度为M的时域信号，M为训练序列占用的子载波数；

[0008] 所述的平方装置，对每个时域信号尾部的M-G个值的模平方求和；

[0009] 所述的加法装置，对平方装置中得到的G+1个值的和，记为ρi；

[0010] 所述的窗口最小值搜索装置，搜索窗口内最小的ρi，定时输出OFDM符号的起点位置。

[0011] 所述的循环前缀的长度G大于无线多径信道的最大时延扩展。

[0012] 所述的循环前缀的长度G小于训练序列占用的子载波数M，训练序列占用的子载波数M小于等于OFDM系统的子载波数N。

[0013] 所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，通过对第i+n个频域信号的第k个子载波乘以实现。

[0014] 有益效果：通过引入噪声子空间的概念，去除了多径间干扰对估计结果的影响，从而能够获得无偏的定时同步信息；傅立叶正/反变换装置存在高效的实现结构和快速的算法，通过采用大量的傅立叶正/反变换装置，减轻了系统实现复杂度；本发明提出的定时同步系统能用于包括OFDM在内的各种有循环前缀的分块传输系统。附图说明

[0015] 图1是本发明的结构示意图；

[0016] 图2是本发明工作的流程图。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0018] 如图1和图2所示，本实施例包括快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置，其中：快速傅立叶变换装置、相位补偿和解装置、快速傅立叶反变换装置、平方装置、加法装置和窗口最小值搜索装置依次相连。

[0019] 一个OFDM系统所包含的子载波数目为N，循环前缀的长度为G。同步符号由长度为M＝N/2的复伪随机(PN)序列组成，占用N个子载波中的偶数位子载波。

[0020] 所述的快速傅立叶变换装置，分别接受信号的第i，i+1，...，i+G个采样点为起点进行N点快速傅立叶变化，得到G+1个长度为N的频域信号，i为窗内接收信号的任意一个采样位置，G为循环前缀的长度，N为OFDM系统的子载波数；

[0021] 所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，然后对补偿后的频域信号除以接收端已知的训练序列；

[0022] 所述的快速傅立叶反变换装置，对去除调制符号后的频域信号做M点的快速傅立叶反变换，得到G+1个长度为M的时域信号，M为训练序列占用的子载波数；

[0023] 所述的平方装置，对每个时域信号尾部的M-G个值的模平方求和；

[0024] 所述的加法装置，对平方装置中得到的G+1个值的和，记为ρi；

[0025] 所述的窗口最小值搜索装置，搜索窗口内最小的ρi，定时输出OFDM符号的起点位置。

[0026] 所述的循环前缀的长度G大于无线多径信道的最大时延扩展。

[0027] 所述的循环前缀的长度G小于训练序列占用的子载波数M，训练序列占用的子载波数M小于等于OFDM系统的子载波数N。

[0028] 所述的相位补偿和解装置，对每个频域信号的每个子载波按偏移量和子载波序号进行相应的相位补偿，通过对第i+n个频域信号的第k个子载波乘以实现。

[0029] 具体算法如下：

[0030] 以接收信号的第i个采样点为起点，经过FFT变换后，其频域表达式可以写成：

[0031] k＝0，1，...，N-1 (1)

[0032] 其中：k表示子载波序号；nε表示定时误差，且nε≤i≤nε+G；V(k)表示加性白高斯噪声；H(k)为信道的频域响应，可以表示为：

[0033]

[0034] 其中：T表示采样周期，L表示信道可分辨的径数。由于同步符号是调制在偶数位子载波上，所以相位补偿和去除调制符号也是在偶数位子载波上进行的，即：

[0035] k＝0，2，...，N-2 (3)

[0036] 然后，经过长度为M的IFFT，得到：

[0037]

[0038] 假设此时接收信号没有定时误差，即nε＝0，那么就是多径信道的估计值，由于信道的最大时延扩展最多为G个采样点，所以噪声子空间的平均功率为：

[0039]

[0040] 为了提高估计的精度，同时计算以第i个采样点，第i+1个采样点，…，第i+G个采样点为起点时的噪声子空间功率并将它们相加求平均，即：

[0041]

[0042] 最后，在预先定义的窗口内，最小的ρ(nε)所对应的采样点nε即为OFDM符号的起始点。

[0043] 快速傅立叶变换装置完成公式(1)和公式(2)中包含的运算，相位补偿和解调装置完成公式(3)，快速傅立叶反变换装置完成公式(4)，平方和加法装置完成公式(5)和公式(6)，窗内最小值搜索装置完成最小值的搜索及起始点的确定。

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