導頻疊加OFDM同步方法的FPGA實現(xiàn)

　　目前正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplering，OFDM)技術(shù)已經(jīng)成為第四代移動通信研究的熱點，同時OFDM同步又是OFDM的關(guān)鍵技術(shù)，研究OFDM同步技術(shù)的目的就是為了防止碼間干擾和載波干擾。當前OFDM同步的算法是根據(jù)OFDM原理提出的基于數(shù)據(jù)符號方法，它的優(yōu)點是捕獲快、精度高，適合分組數(shù)據(jù)通信，具體的實現(xiàn)是在分組數(shù)據(jù)包的包頭加一個專門用來做定時、頻偏的OFDM塊。基于數(shù)據(jù)符號算法又可以分為兩類：基于訓練符號(導頻碼)的方法和基于循環(huán)前綴(circle prefix，CP)的方法，其中基于PN序列同步算法又是基于訓練符號的一種。

　　1 基于PN序列的幀、符號定時與頻偏估計同步算法

　　文獻提出了一種導頻疊加的方法，即導頻和OFDM符號相加，利用導頻符號的相關(guān)性實現(xiàn)定時和頻偏估計。由于PN序列具有良好的自相關(guān)性，可以用PN序列作為導頻符號。

　　圖1顯示了PN序列的加入方法。同步被分為兩步：幀同步和符號同步。若干個OFDM符號組成一幀，在每幀的前面插入若干個相同的短符號(訓練符號)用于幀定時和粗頻偏估計。在每個OFDM符號上疊加一段與符號長度相同的PN序列來實現(xiàn)符號定時和精確的頻偏估計。由于PN序列不是直接插入在信息數(shù)據(jù)之間，因此節(jié)省了系統(tǒng)帶寬，但為了提高同步的效果，PN序列的能量就不能太小，否則會被噪聲和有用信號淹沒，所以這種導頻疊加方法是以增加發(fā)射功率為代價的。

　　以符號同步為例對算法進行分析，忽略CP的長度，則接收信號可表示為：

　　式(1)中c(n)表示PN序列，d(n)是數(shù)據(jù)序列，n(n)代表AWGN，εf是歸一化頻偏。若

?

　　由于PN序列和AWGN以及d(n)的相關(guān)性很小，所以上式中的最后兩項可以近似為0，從第一項可以看出，當PN序列和包含在每個符號中的PN序列求相關(guān)后在符號的邊界處會出現(xiàn)峰值，該峰值可用來實現(xiàn)符號或幀定時。為了實現(xiàn)頻偏估計還必須對相關(guān)值移位相乘，即：

　　式(4)中λ[n，0]表示符號起點的估計值，K表示PN序列的長度，一般而言PN序列的長度和符號的長度一致，但如果在一個符號內(nèi)疊加k=N/K個相同的PN序列就可以得到更大的頻偏估計范圍，頻偏估計范圍可表示為：

?

　　圖2顯示了該算法的系統(tǒng)實現(xiàn)框圖。接收信號與已知的PN序列求相關(guān)，PN序列的長度假設(shè)為N，然后將求相關(guān)后的值存儲在長度為N+1的寄存器內(nèi)，求其共軛值，并與后N位的值相乘。

　　在多徑信道下，用該算法也能較好地實現(xiàn)幀同步。這是由于用于幀同步的符號中沒有包括數(shù)據(jù)符號，不會對PN序列產(chǎn)生干擾;PN序列良好的自相關(guān)性使得用于幀起點判決的峰值非常尖銳，PN序列越長相關(guān)性越好，峰值的能量越大，抗AWGN的能力越強。