CN106357583A - 分布式mimo‑ofdm系统下基于cazac序列的定时同步方法 - Google Patents

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周远文
李小文
陈发堂
王丹
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Abstract

本发明请求保护一种分布式MIMO‑OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步方法。它涉及无线电通信领域中分布式MIMO‑OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法。解决了分布式MIMO‑OFDM系统下WPS算法本地同步序列过多，计算复杂度大的问题。在分布式小区蜂窝系统中，将小区物理组内ID信息通过3组不同根值的CAZAC序列承载在其中一根发射主天线上，而在其余天线上发射固定的其他根值的CAZAC序列，用以区分不同发射天线之间的时延，从而实现分布式天线小区蜂窝系统的定时同步。本发明方法能够运用于蜂窝网环境下的分布式MIMO‑OFDM系统。

Description

分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及分布式MIMO-OFDM系统的定时同步方法研究。
背景技术
由于现代无线通信系统对信号传输率以及传输质量的需求日益增长。联合MIMO技术和OFDM技术已经成为未来无线系统理想的解决方案。MIMO技术通过传输分集、波束赋形以及空间复用的方式，可以在不增加带宽的情况下提高系统容量和信号传输性能。OFDM通过多路子载波的并行调制，从而采用不同的调制方式以适应无线信道环境，此外OFDM符号由于其自身结构的特点还具有良好的抗多径干扰性能。
在分布式天线系统中，基站天线放置于小区各处，基站中央处理单元通过光纤或无线方式与这些天线进行物理连接。因此，分布式天线系统大大缩短了用户的平均接入距离，从而能够降低发射功率，扩大覆盖范围，提高小区边缘用户性能，并且能够根据场景需求而灵活的调整基站发射天线数。然而由于基站的各个发射天线分布于小区的各个位置，由于不同的发射天线与接收天线之间的传输信道不同，导致分布式天线系统存在互时延，使得分布式天线系统下的定时同步算法更加复杂。
为了有效地获取各个天线的时延信息，在现有的常用定时同步算法有加权循环移位(weighted phase-shift,WPS)算法。它利用了恒包络零自相关(Constant AmplitudeZero Auto Correlation,CAZAC)序列的良好的自相关性，采用3组不同根值的CAZAC序列来区分不同的小区，用以携带小区物理组内ID信息，利用CAZAC序列的加权循环移位序列作为本地训练序列，而在接收端进行自相关运算，通过不同的循环位移权值，来区分不同天线对之间的时延，从而实现MIMO-OFDM系统的定时同步。但是该算法无法区分每个相关峰值对应的发射天线，即无法确定每根发射天线的定时位置。并且当网络端最大发射天线数为4根时，携带小区物理组内ID的本地同步序列则有12组，显然此时计算复杂度过大，不利于实现。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种克服了WPS算法无法区分每个相关峰值对应的发射天线的问题、计算复杂度得以大大降低的基于CAZAC序列的定时同步方法。本发明的技术方案如下：
一种分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步方法，其包括以下步骤：
101、在分布式MIMO-OFDM系统的发射端，将小区物理组内ID信息通过3组不同根值的恒包络零自相关CAZAC序列承载在发射主天线上，而接收端通过检测收到的CAZAC序列根值，来获取小区物理组内ID；在其余副天线上承载固定的不同于主天线的CAZAC序列，用以区分不同发射天线之间的时延，发送给接收端；这里各个天线端口与CAZAC根值的对应关系唯一，即接收端知道检测到的CAZAC序列所对应的发射天线端口；
102、在接收端，接收发射端天线发送来的序列，将接收序列与接收端的本地序列进行滑动相关运算，通过检测相关峰值，从而获取天线的时延信息以及小区组内ID信息，求出各个天线的定时同步点。
进一步的，分布式MIMO-OFDM系统的发射端有四根天线时，接收端进行滑动相关运算的本地序列总共有6种。
进一步的，所述滑动相关运算的算法包括以下步骤：
步骤一：将接收序列与所有6组本地同步序列分别根据公式：分别进行滑动相关运算，其中，sn为本地同步序列，rn为接收序列，C是接收序列和本地同步序列的滑动相关值。分别记下各接收序列数据与6组本地同步序列滑动相关运算后的相关值，将得到的相关值进行能量归一化处理得到判决值；
步骤二：将处理得到的判决值与既定门限系数比较，从而判断OFDM符号的大致起始位置，即粗同步点，每完成预先设定的N次相关运算，再进行一次能量归一化处理并与既定门限系数比较，寻找OFDM符号的大致起始位置，得到相应同步序列的粗同步点；
步骤三：根据前三组数据中的最大峰值所对应的CAZAC根值，进行精同步计算，结合小区组内ID信息与CAZAC序列根值信息对应关系表求出小区组内ID信息。
进一步的，步骤101所述承载在发射主天线的恒包络零自相关CAZAC序列的3组不同根值根值为11，19，31，所对应的小区组内ID分别为0，1，2。
进一步的，步骤一进行滑动相关运算前还包括先对本地同步序列和接收序列均进行16倍降采样处理的步骤。
进一步的，步骤二的N取128时，从3组发射主天线同步序列计算的128*3个相关值中找到最大值，并进行能量归一化处理，将得到的判决值和既定门限系数比较，若判决门限小于判决值，则记下发射主天线的粗同步点，否则继续寻找发射主天线的相关峰值，对其余副天线同步序列中进行同样操作，从而得到4组相应同步序列的粗同步点。
进一步的，步骤三进行精同步计算包括：非降采样情况下，将接收序列与本地同步序列进行2048点的滑动相关运算。将滑动窗定为各粗同步点前后64点，分别将发送数据与粗同步过程中求出的4组同步序列数据进行128次本地互相关计算，将峰值的位置结合粗同步点就得到各个发射天线的定时同步点；最后根据小区组内ID号与CAZAC序列根值对应关系求出小区组内ID号。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明克服了WPS算法无法区分每个相关峰值对应的发射天线的问题。并且对于4天线的小区蜂窝系统来说，改进算法所使用的本地同步序列总共有6种，相较于WPS算法的12种，本地互相关计算的复杂度得以大大降低。解决了分布式MIMO-OFDM系统下WPS算法本地同步序列过多，计算复杂度大的问题。在高斯信道和EPA信道下，算法性能较好，而在在算法耗时方面，利用FPGA的并行处理的优点，同时进行几组本地序列和接收序列的相关计算，耗时大大较少，能够满足需求；
附图说明
图1是本发明提供优选实施例的分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步方法实现流程图；
图2是本发明的算法与WPS算法的算法性能仿真对比图；
图3是根序列相关性图；
图4是同步序列天线映射图
表1是小区组内ID信息与CAZAC序列根值信息对应关系表；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明的技术方案如下：
如图1所示，本发明优选实施方式步骤如下：
步骤一：如图3所示，在发送端各个发射天线端口插入CAZAC序列，生成公式如下。各组CAZAC序列通过根指示序列u进行区分。
d u ( n ) = e - j π u n ( n + 1 ) 63 n = 0 , 1 , ... , 30 e - j π u ( n + 1 ) ( n + 2 ) 63 n = 31 , 32 , ... , 61
由LTE物理层协议可知，对于不同的小区组内ID，P0所用的根序列对应的u值如表1。由图4可知，根值为11，19，31的CAZAC序列，具有良好的相关性，由此可设计同步序列。
步骤二：为了降低计算量，前先对本地同步序列和接收序列均进行16倍降采样处理。
步骤三：将降采样后的接受序列与本地同步序列进行滑动相关运算，记下每组相关数据，将得到的相关值进行能量归一化处理。
步骤四：将处理得到的判决值与既定门限系数比较，从而判断同步序列的大致位置。信号能量的计算是对输入数据幅值的叠加，这里为了减少门限判决次数，避免判决失误，每完成128次相关运算，再进行一次能量计算并进行门限判决，寻找同步序列的大致位置。
从3组P0计算的128*3个相关值中找到最大值，并进行能量归一化处理，将得到的判决值和既定门限系数比较，若判决门限小于判决值，则记下P0的粗同步点，否则继续寻找P0的相关峰值。对P1，P2，P3中进行同样操作，从而得到相应同步序列的粗同步点。
步骤五：根据P0数据中的最大峰值所对应的CAZAC根值，结合表1，求出小区组内ID信息。
表1
步骤六：在非降采样情况下，将接收序列与本地同步序列进行2048点的滑动相关运算。将滑动窗定为各粗同步点前后64点，分别将发送数据与粗同步过程中求出的4组同步序列数据进行128次本地互相关计算，将峰值的位置结合粗同步点就得到各个发射天线的定时同步点。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、在分布式MIMO-OFDM系统的发射端，将小区物理组内ID信息通过3组不同根值的恒包络零自相关CAZAC序列承载在发射主天线上，而接收端通过检测收到的CAZAC序列根值，来获取小区物理组内ID；在其余副天线上承载固定的不同于主天线的CAZAC序列，用以区分不同发射天线之间的时延，发送给接收端；这里各个天线端口与CAZAC根值的对应关系唯一，即接收端知道检测到的CAZAC序列所对应的发射天线端口；
102、在接收端，接收发射端天线发送来的序列，将接收序列与接收端的本地序列进行滑动相关运算，通过检测相关峰值，从而获取天线的时延信息以及小区组内ID信息，求出各个天线的定时同步点。
2.根据权利要求1所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，分布式MIMO-OFDM系统的发射端有四根天线时，接收端进行滑动相关运算的本地序列总共有6种。
3.根据权利要求2所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，所述滑动相关运算的算法包括以下步骤：
步骤一：将接收序列与所有6组本地同步序列根据公式：分别进行滑动相关运算，其中，sn为本地同步序列，rn为接收序列，C是接收序列和本地同步序列的滑动相关值，分别记下各接收序列数据与6组本地同步序列滑动相关运算后的相关值，将得到的相关值进行能量归一化处理得到判决值；
步骤二：将处理得到的判决值与既定门限系数比较，从而判断OFDM符号的大致起始位置，即粗同步点，每完成预先设定的N次相关运算，再进行一次能量归一化处理并与既定门限系数比较，寻找OFDM符号的大致起始位置，得到相应同步序列的粗同步点；
步骤三：根据前三组数据中的最大峰值所对应的CAZAC根值，进行精同步计算，结合小区组内ID信息与CAZAC序列根值信息对应关系表求出小区组内ID信息。
4.根据权利要求1或2所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，步骤101所述承载在发射主天线的恒包络零自相关CAZAC序列的3组不同根值根值为11，19，31，所对应的小区组内ID分别为0，1，2。
5.根据权利要求3所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，步骤一进行滑动相关运算前还包括先对本地同步序列和接收序列均进行16倍降采样处理的步骤。
6.根据权利要求3所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，步骤二的N取128时，从3组发射主天线同步序列计算的128*3个相关值中找到最大值，并进行能量归一化处理，将得到的判决值和既定门限系数比较，若判决门限小于判决值，则记下发射主天线的粗同步点，否则继续寻找发射主天线的相关峰值，对其余副天线同步序列中进行同样操作，从而得到4组相应同步序列的粗同步点。
7.根据权利要求6所述分布式MIMO-OFDM系统下基于CAZAC序列的定时同步算法，其特征在于，步骤三进行精同步计算包括：非降采样情况下，将接收序列与本地同步序列进行2048点的滑动相关运算，将滑动窗定为各粗同步点前后64点，分别将发送数据与粗同步过程中求出的4组同步序列数据进行128次本地互相关计算，将峰值的位置结合粗同步点就得到各个发射天线的定时同步点；最后根据小区组内ID号与CAZAC序列根值对应关系求出小区组内ID号。
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