正交频分复用系统中一种抗多径衰落的联合时频同步算法

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1、58中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology2011年12月第6期正交频分复用系统中一种抗多径衰落的联合时频同步算法刘程贞金蓬嘉(上海航天电子有限公司，上海201821)昊学英(中国空间技术研究院，北京100094)摘要在正交频分复用(0rthogonalfrequencydivisionmultiplexing，OFDM)通信系统中提出了一种基于新颖训练序列的同步算法。该训练序列只使用了一个0FDM符号，并且具有中心对称和前后部分一致的双重结构。在进行完粗定时同步和小数倍频率同步后，使用逆快速傅里叶变换(IFFT)运

2、算来进行精确的联合信道路径定时和整数倍频偏估计。IFFT运算使得算法复杂度得到较大简化并且估计速度增快。在精定时同步阶段，提出了信干比最大的准则来估计最佳定时位置，这一准则使得定时估计的精度更高。试验仿真表明：提出的同步算法比传统的同步算法在抗多径衰落和伪多径方面具有更加优越的性能。关键词正交频分复用同步多径信道卫星通信DoI：10．3780／j．issn．1000一758X．2011．06．0091引言由于正交频分复用(OrthogomlFrequencyDi、，isionMultiplexing，OFDM)技术具有很高的频谱效率且能有效地对抗多径衰落，此

3、项技术已经被用在许多高数据率的无线通信系统中，如数字音频广播(DAB)、数字视频广播(D、仍)、无线高保真技术(wiFi)、全球微波互联接人(WiMAX)和第三代合作伙伴计划的长期演进无线标准(3GPPLTE)中。0FDM技术已经被确定为第四代移动通信的核心技术之一。同时，对低轨道卫星和高空飞行平台的测控和通信而言，需要抑制低仰角莱斯信道环境中的信号衰落并消除多径效应，而开展对0FDM技术的应用研究就是解决该问题的重要途径之一。但是，0FDM对确定快速傅里叶变换(FFT)窗的起始定时位置特别敏感，定时位置超出了最大多径时延到循环前缀长度这一范围会导致符号间干

4、扰(ISI)Ⅲ；另一方面，OFDM对多普勒频移和收发机晶振不一致产生的载波频率同步错误也非常敏感[21。载波频率同步错误会破坏子载波之间的正交性，进而导致子载波间干扰(ICI)。因此，需要将频率同步错误减小到足够小而不至于产生ICI[3

5、。由于OFDM系统对于定时同步错误和载波频率错误都比较敏感，在接收端首先要进行定时同步，之后进行频率同步。最近几年有很多文献针对OFDM系统提出了联合定时和频率同步的算法。目前已经提出的联合定时和频率同步算法在高斯信道中有优越的性能，但是在多径衰落信道中却有其性能局限性。本文主要聚焦基于导频辅助(基于导频辅助的算法既适用于0

6、FDM系统的突发模式也适用于0FDM系统的连续发送模式)的联合定时和频率同步算法，提高了联合定时和频率同步算法在多径衰落信道中的性能。收稿日期；2011一04—07。收修改稿日期：2011一07一04!旦!!生!!旦±垦窒回登堂蕉查§2本文基于一种新颖训练序列提出的3步联合定时和频率同步算法能有效地解决定时平顶和伪多径问题。第一步，利用训练序列的双重结构得到增强型的自相关定时准则能消除定时平顶使得粗定时估计的方差得到较大减小；第二步利用逆快速傅里叶变换(IFFT)运算联合估计最强信道路径和整数倍频率偏差；第三步提出信干比最大的准则进行精定时估计。试验仿真表明

7、：在多径信道中，本文提出的同步算法能得到比传统的同步算法更精确的定时同步位置和频偏估计。2信号模型发送端的IFFT输出采样数据为．Ⅳ一l“的一者蚤砾xp(j2般∥N)(1)式中尼一O，1，⋯，N一1；N为子载波总数；置为发送数据符号第卵个子载波上传输的数据。假设采样准确，经过多径衰落信道后得到的接收采样数据可以表示为兰，(愚)=芝：矗(￡)x(愚一口——z)exp(j27c屉行／N)+'．，(志)(2)式中曰表示0FDM符号的未知到达时间；￡表示归一化的载波频偏；，表示多径路径总数；z表示多径索引号；'．，(忌)表示加性高斯白噪声；^(z)表示多径信道的冲激

8、响应。3提出的算法3．1新颖训练序列本文采用了一种特殊的时域设计训练符号来进行定时同步和频偏估计。该训练符号时域数据可以表示成s=[s(o)，s(1)，⋯，s(N一1)]。s满足两个条件：条件1s(足)一s(N／2+七)，其中O≤壹≤N／2—1。条件2s(忌)=s(N一惫)，其中1≤足≤N／2—1。3．2粗定时估计和小数倍频偏估计在接收端，发送信号的采样值和接收信号的采样值的关系可以表示成J一1，(愚)=[∑矗(z)s(点一口一z)]exp(j2雉五／N)+'．，(志)(3)f=0根据条件1，可知训练符号是前后两部分一致的0FDM符号，根据文献[4—5]，可

9、以得到定时准则为M(i)一》c川Ⅲ川+钏∑r’(i+