李 旭,曹 磊,劉 桓,鐘章隊

(北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室,北京100044)

OFDM系統(tǒng)具有抗多徑干擾能力強、頻譜利用率高等特點,因此特別適合高速無線通信系統(tǒng).IEEE 802.11a、數(shù)字廣播(DAB)和Wimax等標(biāo)準(zhǔn)中都采用了OFDM技術(shù).但是,與傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)相比,OFDM系統(tǒng)對定時誤差非常敏感,要實現(xiàn)一個基于OFDM的通信系統(tǒng),必須確保時間的精確同步.所以,在無線衰落信道下的同步是寬帶無線通信系統(tǒng)中需要解決的重要問題[1].

本文重點研究的是適用于突發(fā)性傳輸環(huán)境,運算復(fù)雜度適中,并且對信道變化不是很敏感的基于訓(xùn)練序列的同步方法.利用訓(xùn)練符號來進(jìn)行同步的思想最早是由Moose P.提出[2]的,即在分組或幀的頭部構(gòu)造出完全相同的兩個OFDM訓(xùn)練序列塊,利用相同序列之間的時域相關(guān)性來進(jìn)行頻偏估計.基于這種思路,文獻(xiàn)[3]提出Schmidl&Cox(S&C)同步算法,利用兩個訓(xùn)練符號完成了定時頻偏同步,該算法具體介紹及存在問題詳見文獻(xiàn)[4].文獻(xiàn)[5]提出了進(jìn)一步的改進(jìn),即利用一個前后兩部分相同的OFDM符號,并改進(jìn)成在同一符號前后兩部分間進(jìn)行差分,這樣不僅更容易實現(xiàn),并且可以適應(yīng)快衰落環(huán)境.在此基礎(chǔ)上,本文在文獻(xiàn)[4]中提出了對訓(xùn)練序列作符號同步相關(guān)運算的滑動窗口進(jìn)行改進(jìn)以提高同步性能.

目前該類算法的主要研究方向是改善估計性能和提高系統(tǒng)的利用率.本文正是針對改善估計性能并不降低系統(tǒng)利用率的思想提出的.基于經(jīng)典S&C同步算法在符號定時同步估計中存在的不準(zhǔn)確性,對訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,即通過改造訓(xùn)練符號的結(jié)構(gòu),以期達(dá)到改善算法同步性能的效果.同時與我們在文獻(xiàn)[4]所提方法進(jìn)行對比分析.

1 改進(jìn)同步方法

改進(jìn)的OFDM幀頭格式如圖1所示.

圖1 本文改進(jìn)算法的幀結(jié)構(gòu)Fig.1 Frame structure of improved methods

圖中A表示的是 N /4長度的序列,具體如下

對改進(jìn)方法進(jìn)行仿真,在AWGN信道下(SNR=10)符號時間同步示意見圖2,改進(jìn)后方法的最高點為一個尖銳的峰值,因此估計精確度較高.

圖2 改進(jìn)方法符號同步仿真圖Fig.2 Symbol synchronization of improved methods

仿真環(huán)境為:子載波個數(shù) N=256,循環(huán)前綴長度L=64.圖3為仿真程序循環(huán)100次,3種同步算法在不同SNR下仿真的符號定時同步估計的偏移值,可見本文改進(jìn)算法和文獻(xiàn)[4]中的算法都很接近于理想情況,所以能夠精確地計算出FFT窗口位置.從同步估計的方差中,可看出本文改進(jìn)算法比文獻(xiàn)[4]改進(jìn)算法精確度更高,因其方差表現(xiàn)更好.

圖3 3種同步算法的仿真比較Fig.3 Simulation comparison of 3 methods

2 結(jié)束語

本文分析了一種OFDM系統(tǒng)的同步算法——基于PN訓(xùn)練序列的S&C同步算法,并基于S&C算法在進(jìn)行符號定時同步估計時的相關(guān)值的峰值存在一個平臺區(qū),導(dǎo)致在估計符號同步誤差值時存在很大誤差的問題,進(jìn)行了改進(jìn),思想就是對訓(xùn)練序列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化.最后通過仿真驗證所提方法都能夠達(dá)到改善符號同步性能的目的.

[1]Patel S,CiminiL J Jr,McNair B.Comparison of Frequency Offset Estimation Techniques for Burst OFDM[J].Proceedings of the IEEE VTC,2002:772-776.

[2]Liu H,Tureli U.A High-Efficienxy Carrier Estimator for OFDM Communications[J].Communications Letters.IEEE,1998,2(4):104-106.

[3]Chen B.Maximum Likelihood Estimation of OFDM Carrier Frequency Offset[J].Signal Processing Letters,IEEE,2002,9:123-126.

[4]李旭,蘇少明,劉恒,等.一種在OFDM 系統(tǒng)中提高同步估計性能的方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報,2009,33(5):11-14.

LI Xu,SU Shaoming,LIU Huan,et al.Method of Improving Performance of Synchronization Estimation for OFDM Systems[J].Journal of Beijing Jiaotong University,2009,33(5):11-14.(in Chinese)

[5]Lee Jungwon,Lou Hui Ling,Toumpakaris D,et al.A Blind Frequency Tracking Algorithm for OFDM Transmission Over Frequency Selective Channels[J].Proceedings of 2004 IEEE 60th Vechicular Technology Conference,Los Aageles,USA:IEEE,2004:578-585.