專利名稱：一種適合于IEEE802.16m前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)的定時同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及IEEE802. 16m系統(tǒng)定時同步的問題。
背景技術(shù)：
802. 16是由美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)制定的新一代無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)， 通常被稱作WiMAX。它主要定義了無線接入系統(tǒng)空中接口物理層(PHY)和媒介接入控制層 (MAC)規(guī)范，同時還有與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測試以及不同無線接入系統(tǒng)之間的共 存規(guī)范。802. 16m是這一系列中最新的標(biāo)準(zhǔn)，盡管IEEE委員會指出它并非WiMAX的一部 分，兩種標(biāo)準(zhǔn)之間存在兼容性，并且新的802. 16m標(biāo)準(zhǔn)還將兼容未來的4G無線網(wǎng)絡(luò)。它能 夠提供l(ibps的下行速率，同時在“移動模式”下支持IOOMbps的速率，目前國際電信聯(lián)盟 (ITU)收到的4G候選提案中，主要就是涵蓋了 LTE-Advancec^n 802. 16m兩種技術(shù)，可以說 802. 16m技術(shù)具有非常重要的市場價值和應(yīng)用潛力。與上一代標(biāo)準(zhǔn)802. 16e不同的是，802. 16m同時引入了 MIMO技術(shù)(多天線發(fā)送多 天線接收技術(shù))和OFDM技術(shù)(正交頻分復(fù)用技術(shù))，這兩種技術(shù)的結(jié)合可以在不需要增加帶 寬和傳輸功率的前提下提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，使高速無線通信系統(tǒng)成為可能。但多徑干擾 使得MIMO系統(tǒng)容易產(chǎn)生定時同步偏差，在OFDM系統(tǒng)中，微小的定時同步偏差就可能使得 系統(tǒng)性能大幅度下降。目前在SIS0-0FDM系統(tǒng)以及MIM0-0FDM系統(tǒng)中，定時同步一般采用 2種方式，分別是非數(shù)據(jù)輔助方式和數(shù)據(jù)輔助方式。非數(shù)據(jù)輔助方式是利用OFDM符號中循 環(huán)前綴(CP)與符號尾部的數(shù)據(jù)的相關(guān)性，通過相關(guān)算法來尋找符號的起始點(diǎn)。而數(shù)據(jù)輔 助方式則是通過額外加入訓(xùn)練序列，利用訓(xùn)練序列的相關(guān)特性來準(zhǔn)確估計出OFDM符號的 起始位置，相比較而言，利用訓(xùn)練序列的定時同步具有捕獲速度快，估計準(zhǔn)確，易于實現(xiàn)等 優(yōu)點(diǎn)，一般采用訓(xùn)練序列的同步算法。比較經(jīng)典的基于訓(xùn)練序列的同步算法是延時自相關(guān) 算法(Schmidl&Cox 算法，T. M. Schmidl and D. C. Cox, Robust frequency and timing synchronization for OFDM [j]，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, 1997，Vol. 45 No. 12, 1613-1621).該方法不易受到頻偏的影響，并且可以利用遞歸運(yùn)算減少系統(tǒng)實 現(xiàn)的復(fù)雜度，但該方法很難獲得準(zhǔn)確的定時同步位置，只能獲得峰值平臺起始位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有OFDM無線通信系統(tǒng)在定時同步方面存在不容易獲得較為準(zhǔn)確的 符號起始點(diǎn)的缺陷，以及IEEE802. 16m系統(tǒng)中對定時同步的新要求，利用重新設(shè)計的前導(dǎo) 字，提出一種定時同步方法，獲得更好的定時同步性能。實現(xiàn)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，利用IEEE802. 16e中規(guī)定的短訓(xùn)練序列，以及 同等長度的m序列(由線性移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列)，對兩個序列中的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn) 對點(diǎn)的相乘運(yùn)算可以得到一組新的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成新的短訓(xùn)練序列，然后利用新的短訓(xùn)練序 列組成前導(dǎo)字(由4個重復(fù)短訓(xùn)練序列組成，前2個為負(fù)極性，后2個為正極性)?；瑒幼韵嚓P(guān) 采用長度為L (一般取短訓(xùn)練序列的長度)的滑動窗口，利用具體實施方式
中提到的兩級定時同步算法取得符號的定時同步。第一級同步算法采用經(jīng)典的延時自相關(guān)定時同步算法， 在峰值搜索的過程中定時測度函數(shù)將出現(xiàn)4個峰值的情況。將第一個峰值點(diǎn)對應(yīng)的同步點(diǎn) 作為二級同步算法搜索峰值的中心點(diǎn)，在[-L/2，L/2]范圍內(nèi)利用改進(jìn)算法進(jìn)行峰值搜索， 在搜索范圍內(nèi)，改進(jìn)算法中定時測度函數(shù)的峰值點(diǎn)即為符號的準(zhǔn)確起始位置。具體為，
移位寄存器生成與IEEE802. 16e中規(guī)定的短訓(xùn)練序列A同樣長度的m序列，將短訓(xùn) 練序列A及m序列輸入乘法器，兩個序列的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的相乘運(yùn)算，得到新的短 訓(xùn)練序列A'，構(gòu)建包括循環(huán)前綴CP、正極性短訓(xùn)練序列A'和負(fù)極性短訓(xùn)練序列-A' 的前導(dǎo)字；發(fā)送端不同發(fā)射天線上在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)前在不同時間段發(fā)送上述前導(dǎo)字，各 發(fā)送天線發(fā)送前導(dǎo)字的時間滿足時間正交；在接收端采用兩級定時同步方法獲得符號 的準(zhǔn)確同步；第一級同步方法采用延時自相關(guān)定時同步獲得第一級定時測度函數(shù)，第一 級定時測度函數(shù)的第一個峰值的位置為第二級同步的起始點(diǎn)，計算第二級定時測度函數(shù) M2(、d) , M2(d)最大值對應(yīng)的為為符號起始點(diǎn)。本發(fā)明利用改進(jìn)的前導(dǎo)字以及兩級定時同步方案，可以獲得更加好的同步效果， 計算復(fù)雜度低，捕獲速度更快。


圖1本方案實現(xiàn)流程圖2 IEEE802. 16e中的前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)； 圖3新前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)； 圖4各發(fā)射天線的幀結(jié)構(gòu)； 圖5高斯信道仿真結(jié)果。
具體實施例方式以下通過附圖和具體實施例對本發(fā)明的實施作進(jìn)一步具體說明。如圖1為本發(fā)明 的具體實現(xiàn)流程圖。本發(fā)明的同步方法采用改進(jìn)的短訓(xùn)練序列組成前導(dǎo)字，并采用兩級定 時同步方法完成定時同步。如圖2所示為IEEE802. 16e中的短訓(xùn)練序列A和前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)，完整的前導(dǎo)字由1 個循環(huán)前綴(CP)和4個長度為64的短訓(xùn)練序列A構(gòu)成?；诖私Y(jié)構(gòu)對前導(dǎo)字進(jìn)行修改。利用傳統(tǒng)的移位寄存器生成與短訓(xùn)練序列A同樣長度(為64)的m序列，將 IEEE802. 16e中規(guī)定的短訓(xùn)練序列A (序列長度為64)及m序列輸入乘法器，將兩個序列的 數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的相乘運(yùn)算，得到新的短訓(xùn)練序列-A'(由64個數(shù)據(jù)組成)。如圖3所示為本發(fā)明改進(jìn)的前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)。包括循環(huán)前綴CP，緊跟其后有4個短訓(xùn) 練序列，其中，-A'為負(fù)極性短訓(xùn)練序列，A'為正極性短訓(xùn)練序列。在發(fā)送端發(fā)送用戶數(shù)據(jù)前不同發(fā)射天線上在不同時間段發(fā)送上述前導(dǎo)字，各發(fā)送 天線發(fā)送前導(dǎo)字滿足時間正交。為了區(qū)分各路發(fā)送信號，使不同發(fā)射天線上采用唯一可識別的前導(dǎo)序列，本發(fā)明 在發(fā)射端采用時間正交的方式構(gòu)造前導(dǎo)的幀結(jié)構(gòu)，以2發(fā)2收的天線為例，如圖4所示。在 天線1上0到T時間段，發(fā)送本文改進(jìn)的前導(dǎo)字，T到2T時間段不發(fā)送信息，從2T時刻開 始發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，同時在天線2上為了實現(xiàn)時間正交，在0到T時刻不發(fā)送信息，而在T到2T時刻發(fā)送本文改進(jìn)的前導(dǎo)字，然后用戶數(shù)據(jù)也是從2T時刻開始發(fā)送。本發(fā)明在接收端采用兩級定時同步的方案來獲得符號的準(zhǔn)確同步。第一級同步方 法采用延時自相關(guān)定時同步方法獲得定時測度函數(shù)，確定定時測度函數(shù)峰值，第一個峰值 的位置來確定第二級同步的起始點(diǎn)。具體方法如下根據(jù)接收數(shù)據(jù)序列？滑動窗口起點(diǎn)d，不帶CP的前導(dǎo)字長度
調(diào)用公式(1)對接收序列在滑動窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)與延時￥個采樣點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)，其結(jié)果
為州)。其中7為滑動窗口長度L力采樣點(diǎn)數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種適合于IEEE802. 16m標(biāo)準(zhǔn)的定時同步方法，其特征在于，構(gòu)建包括循 環(huán)前綴CP、正極性短訓(xùn)練序列A'和負(fù)極性短訓(xùn)練序列-A'的前導(dǎo)字；發(fā)送端不 同發(fā)射天線上在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)前在不同時間段發(fā)送上述前導(dǎo)字，各發(fā)送天線發(fā)送 前導(dǎo)字的時間滿足時間正交；在接收端采用兩級定時同步方法獲得符號的起始點(diǎn)； 第一級同步方法采用延時自相關(guān)定時同步獲得第一級定時測度函數(shù)，第一級定時 測度函數(shù)的第一個峰值的位置為第二級同步的起始點(diǎn)，計算第二級定時測度函數(shù) M2(d) , M2(d)最大值對應(yīng)的《為符號起始點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定時同步方法，其特征在于，所述短訓(xùn)練序列A'為移位寄 存器生成與IEEE802. 16e中規(guī)定的短訓(xùn)練序列A同樣長度的m序列，將短訓(xùn)練序列A及m 序列輸入乘法器，兩個序列的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的相乘運(yùn)算，得到短訓(xùn)練序列A'。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定時同步方法，其特征在于，所述前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)為循環(huán)前綴CP， 兩個負(fù)極性短訓(xùn)練序列-A'緊跟其后，再其后是兩個正極性短訓(xùn)練序列A'。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的定時同步方法，其特征在于，對接收序列在滑動窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)與延時f個采樣點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)，結(jié)果為，對接收序列在滑動窗口起點(diǎn)延時f個采樣點(diǎn)進(jìn)行取模運(yùn)算，結(jié)果為_ ，根據(jù)公式IW) =確定第一級定時測4(Rid) 度函數(shù)，其中 力不加CP的前導(dǎo)字長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的定時同步方法，其特征在于，接收數(shù)據(jù)序列 在滑動窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)與延時況/4、3雙/4、F /2個采樣點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)并疊加，結(jié)果為，接收序列在滑動窗口起點(diǎn)延時F個采樣點(diǎn)進(jìn)行模運(yùn)算，結(jié)果為乓(O，根據(jù)公式 M2(d)=丨姻丨2確定第二級定時測度函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)一種適合于IEEE802.16m前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)的定時同步方法，涉及無線通信領(lǐng)域。該方法構(gòu)造了一種新的短訓(xùn)練序列，并改進(jìn)了前導(dǎo)字結(jié)構(gòu)，發(fā)送端不同發(fā)射天線上在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)前在不同時間段發(fā)送上述前導(dǎo)字，各發(fā)送天線發(fā)送前導(dǎo)字的時間滿足時間正交，在接收端采用兩級定時同步方法獲得符號的準(zhǔn)確同步；該同步方案可以更加快速高效的捕捉符號起始點(diǎn)，易于接收機(jī)的實現(xiàn)。
文檔編號H04W56/00GK102143574SQ20111008335
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者蒲東, 謝顯中 申請人:重慶郵電大學(xué)