一种基于循环前缀的OFDM系统时偏计算方法与流程

一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法
技术领域
1.本发明涉及信号处理的技术领域，具体为一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法。

背景技术：

2.ofdm(全称：orthogonal frequency division multiplexing)，即正交频分复用技术，是多载波调制方式的一种。在ofdm系统中，符号间干扰会导致较高的误码率，使系统性能下降，为削弱符号间干扰的影响，通常在ofdm符号中插入保护间隔。保护间隔可以不包含任何信号，但是这样会引入载波间干扰，破坏子载波间的正交性，因此保护间隔通常由信号的循环扩展构成，即引入循环前缀。cp(全称：cyclic prefix)，即循环前缀，是将ofdm符号尾部的信号复制到头部构成的。
3.由于ofdm系统对同步误差非常敏感，为降低时间同步误差，基于循环前缀进行时偏估计，从而确定时间同步位置。现有技术中，基于循环前缀的时偏估计包括相关法和差分法，采用相关法进行时偏估计时，对频偏敏感，导致时偏估计容易出现较大误差；采用差分法进行时偏估计时，抗频偏性能好，但是在低信噪比情况下，时偏估计误差会增大。因此，亟需一种ofdm系统能够在大频偏、低信噪比的情况下提高时间同步精度的时偏计算方法。

技术实现要素：

4.本发明意在提供一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，以解决现有技术中ofdm系统在大频偏、低信噪比的情况下时间同步精度低的技术问题。
5.本发明提供如下基础方案：
6.一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，包括以下内容：
7.获取时域信号，时域信号包括m+1个连续的ofdm符号，每个ofdm符号有多个采样点；
8.预设两个滑动窗，两滑动窗内分别筛选采样点，筛选出的两采样点间隔ns个采样点，对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据；
9.依次生成m个ofdm符号的差值搜索数据，对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点。
10.基础方案的有益效果：
11.本方案基于滑动窗选取采样点获取采样值，基于选取的两采样值进行运算获得每一ofdm符号的差值搜索数据，再对差值搜索数据进行均值运算，基于均值运算结果从均值曲线中筛选出对应的采样点，即为时间同步位置。
12.与现有技术相比，本方案基于ofdm符号本身特性，不需要额外的数据符号和信噪比等其他信道信息，有效利用信道资源。同时，本方案根据绝对值、差值、平方运算生成差值搜索数据，降低了频偏对时偏估计精度的影响，提高了抗频偏性能。本方案还基于多个差值
搜索数据进行运算定位，增加了时偏估计的抗噪声性能，提高了在低信噪比情况下时偏估计的精度。
13.进一步，获取时域信号，包括以下内容：
14.获取接收端的接收信号，根据预设的数据长度从接收信号中随机截取获得时域信号。
15.有益效果：采用随机截取的方式获取时域信号，抽样方式简单、直观。
16.进一步，ofdm符号包括循环前缀，滑动窗的数据长度等于循环前缀的数据长度。
17.有益效果：循环前缀能够完全落在滑动窗内时，ofdm符号中的部分有效数据落在另一滑动窗内，通过落在两滑动窗内的数据实现对时偏的计算。
18.进一步，根据以下公式对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据：
[0019][0020]
式中，ng为循环前缀的采样点个数，n、i为计数单位，ym[n+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+i个采样信号，对应的ym[n+ns+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+ns+i个采样信号，δ为定时偏差值。
[0021]
有益效果：以此实现差值搜索数据的生成。
[0022]
进一步，根据以下公式对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点：
[0023][0024]
式中，为对定时偏差值δ的最优估计。
[0025]
有益效果：以此实现最终采样点的筛选。
[0026]
进一步，每个ofdm符号的采样点个数为nc，其中有效数据长度为ns个采样点，两滑动窗间隔ns个采样点。
[0027]
有益效果：两滑动窗间隔的采样点个数与筛选出的两采样点间隔的采样点个数相同，使得两滑动窗内的每一采样点都一一对应。
附图说明
[0028]
图1为本发明一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法实施例的流程图；
[0029]
图2为本发明一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法实施例的时序信号示意图；
[0030]
图3为定时偏差sto＝5，载波频偏cfo＝0时的仿真曲线图；
[0031]
图4为定时偏差sto＝-3，载波频偏cfo＝0时的仿真曲线图；
[0032]
图5为定时偏差sto＝5，载波频偏cfo＝0.5时的仿真曲线图；
[0033]
图6为定时偏差sto＝-3，载波频偏cfo＝0.5时的仿真曲线图；
[0034]
图7为定时偏差sto＝5，载波频偏cfo＝-0.3时的仿真曲线图；
[0035]
图8为定时偏差sto＝-3，载波频偏cfo＝-0.3时的仿真曲线图。
具体实施方式
[0036]
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0037]
实施例
[0038]
一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，如附图1所示，包括以下内容：
[0039]
s1：获取时域信号，时域信号包括m+1个连续的ofdm符号，每个ofdm符号有多个采样点，具体的，每个ofdm符号的采样点个数为nc。如附图2所示，ofdm符号包括循环前缀和有效数据，循环前缀的采样点个数为ng，有效数据的采样点个数为ns，即有效数据长度为ns个采样点。
[0040]
获取时域信号，包括以下内容：获取接收端的接收信号，根据预设的数据长度从接收信号中随机截取获得时域信号。例如，5g nr系统中一个slot的时域信号数据。
[0041]
s2：预设两个滑动窗w1和w2，两滑动窗内分别筛选采样点，筛选出的两采样点间隔ns个采样点。滑动窗的数据长度等于循环前缀的数据长度，即滑动窗的采样点个数为ng，两滑动窗间隔ns个采样点，具体的，两滑动窗左端之间间隔ns个采样点。
[0042]
s3：对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据。
[0043]
具体的，根据以下公式对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据：
[0044][0045]
式(1)中，ng为循环前缀的采样点个数，n、i为计数单位，ym[n+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+i个采样信号，对应的ym[n+ns+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+ns+i个采样信号，δ为定时偏差值。
[0046]
s4：依次生成m个ofdm符号的差值搜索数据，对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点。
[0047]
根据步骤s2和s3依次生成m个ofdm符号的差值搜索数据,再根据以下公式对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点：
[0048][0049]
式(2)中，为对定时偏差值δ的最优估计，arg min为计算均值曲线最低点对应采样点的函数。
[0050]
与现有技术相比，本方案根据绝对值、差值、平方运算生成差值搜索数据，降低了频偏对时偏估计精度的影响，提高了抗频偏性能。同时基于多个差值搜索数据进行运算定位，增加了时偏估计的抗噪声性能，提高了在低信噪比情况下时偏估计的精度。
[0051]
如附图3-8所示，图中为采用本方案和现有技术差分法进行时偏估计的仿真曲线，其横坐标为信噪比(snb)，纵坐标为对应的时偏估计值均方根误差(rmse)。根据附图3-8的仿真结果可以看出，本方案与现有技术相比，在低信噪比情况下，时偏估计误差更小，相对的时偏估计精度更高，随着信噪比的增大，本方案的时偏估计误差趋于0，其时偏估计精度
也高于现有技术。同时，通过仿真结果也可看出，本方案在不同载波频偏下，时偏估计误差均较小甚至趋于0，在抗频偏性能上也得到了提升。
[0052]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：

1.一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于，包括以下内容：获取时域信号，时域信号包括m+1个连续的ofdm符号，每个ofdm符号有多个采样点；预设两个滑动窗，两滑动窗内分别筛选采样点，筛选出的两采样点间隔ns个采样点，对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据；依次生成m个ofdm符号的差值搜索数据，对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点。2.根据权利要求1所述的一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于：获取时域信号，包括以下内容：获取接收端的接收信号，根据预设的数据长度从接收信号中随机截取获得时域信号。3.根据权利要求1所述的一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于：ofdm符号包括循环前缀，滑动窗的数据长度等于循环前缀的数据长度。4.根据权利要求1所述的一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于：根据以下公式对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成ofdm符号的差值搜索数据：式中，ng为循环前缀的采样点个数，n、i为计数单位，y
m
[n+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+i个采样信号，对应的y
m
[n+ns+i]为接收到的第m个ofdm符号上第n+ns+i个采样信号，δ为定时偏差值。5.根据权利要求1所述的一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于：根据以下公式对m个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点：式中，为对定时偏差值δ的最优估计。6.根据权利要求1所述的一种基于循环前缀的ofdm系统时偏计算方法，其特征在于：每个ofdm符号的采样点个数为nc，其中有效数据长度为ns个采样点，两滑动窗间隔ns个采样点。

技术总结

本发明涉及信号处理的技术领域，具体为一种基于循环前缀的OFDM系统时偏计算方法，包括以下内容：获取时域信号，时域信号包括M+1个连续的OFDM符号，每个OFDM符号有多个采样点；预设两个滑动窗，两滑动窗内分别筛选采样点，筛选出的两采样点间隔Ns个采样点，对筛选出的两采样点对应的采样值依次进行绝对值、差值、平方运算，生成OFDM符号的差值搜索数据；依次生成M个OFDM符号的差值搜索数据，对M个差值搜索数据进行均值运算，并根据均值运算结果生成均值曲线，筛选出均值曲线最低点对应的采样点。采用本方案能够解决现有技术中OFDM系统在大频偏、低信噪比的情况下时间同步精度低的技术问题。问题。问题。