摘 要： 提出了基于特殊導頻碼的OFDM系統的盲幀同步算法。該算法不需要數據輔助，首先利用FFT窗跨界時產生的能量泄露實現了對符號定時參數的估計，然后對同步后的OFDM信號進行解調得到信息序列，最后利用3階相關函數（TCF）對序列進行處理從而提取出同步碼以實現幀同步。仿真結果表明，該算法在低信噪比下具有較好的同步能力和較高的同步精度。
關鍵詞： 正交頻分復用；前導碼；盲幀同步；3階相關函數
正交頻分復用（OFDM）是一種使用相互正交的子載波進行高速數據傳輸的調制技術，由于它具有良好的對抗多徑能力、頻帶利用率高以及實現簡單等優點，成為未來第四代移動通信的關鍵技術之一[1]。
與單載波系統相比，OFDM系統的主要缺陷是對符號定時誤差以及載波頻偏更加敏感。錯誤的符號定時將造成符號間干擾（ISI），載波頻偏使得各個子載波之間不再保持正交，因而造成載波間干擾（ICI）。現在已經有較多同步參數估計方法方面的參考文獻[2-6]，主要可以分為數據輔助法和非數據輔助法兩類。數據輔助法通過發送已知的符號或是導頻信號來估計定時以及頻偏，使得帶寬利用率下降；非數據輔助法只是利用了接收到OFDM信號的自身統計特性，節省了帶寬資源，因而成為現階段研究的熱點。參考文獻[7]設計了一類適用于OFDM系統的前導碼結構，該前導碼應用于OFDM系統的幀同步中具有較好同步性能。
本文通過利用FFT窗跨界時產生的能量泄露實現了對符號定時參數的估計。利用3階相關函數（TCF）對同步后進行解調得到的信息序列進行處理，從而提取出同步碼，首次解決了此類盲幀同步問題。該算法在低信噪比下具有較好的同步性能且具有一定的工程應用價值。
1 OFDM系統模型
OFDM系統原理框圖如圖1所示。在發射端，星座映射將二進制信息映射為16QAM等系統所需的調制樣式，然后通過子載波分配將信息數據分配到有用的子載波上，再經過逆傅里葉變換（IFFT）和加入CP后，得到OFDM基帶信號。
典型的OFDM系統TD-LTE物理層幀結構如圖2所示。10 ms的無線幀包含兩個半幀，長度為Tf=153 600×Ts=5 ms。每個半幀包含5個子幀，長度為30 720×Ts=1 ms。參考文獻[7]將m-序列作為特殊導頻碼置于物理層幀的前部，提出的基于匹配濾波器的捕獲算法充分利用了導頻碼良好的自相關性，能夠有效地實現OFDM系統的幀同步。本文就是解決如何有效進行盲幀同步的問題。
4 仿真實驗
下面以TD-LTE系統仿真，其系統帶寬為20 MHz，子載波間隔為15 kHz，采樣頻率為30.72 MHz（83.84 MHz），FFT點數為2 048個點，占有子載波數（不含直流載波）為1 200個，星座映射分別采用BPSK和16QAM；多徑信道采用TU-6信道模型，共6個路徑，時延分別為[0.0 0.2 0.5 1.6 2.3 5.0]（單位為?滋s），幅度分別為[-3 0 -2 -6 -8 -10]（單位為dB），信道噪聲為高斯白噪聲；以n=10，反饋邏輯為C=[10000001001]線性移位寄存器網絡產生的m-序列作為幀同步碼。仿真結果如圖6、圖7所示。
圖6給出了符號定時的平均誤差點數與信噪比的變化關系。結果表明，定時估計算法隨信噪比降低誤差逐漸增大，在低信噪比的情況下符號定時的誤差較大，當SNR≥4 dB時，誤差趨于穩定，保持在5個點以內。
圖7給出了幀同步平均誤差個數與信噪比的變化關系。結果顯示，變化以SNR≥4 dB為臨界點，一旦低于臨界點，幀同步的精度和成功率都將有大幅度的下降；而高于臨界點時平均誤差個數為0。從以上分析可以看出，BPSK和16QAM兩種方式下的性能相當，并無明顯差異。
同步是OFDM系統中非常關鍵的問題，同步性能的優劣直接影響到OFDM技術能否真正被應用于無線通信領域。本文首先利用FFT窗跨界時產生的能量泄露實現了對符號定時參數的估計，再利用3階相關函數對信息序列進行處理，從而提取出同步碼，實現了盲幀同步。仿真實驗表明，該方法在低信噪比情況下具有較好的同步能力和較高的同步精度。
參考文獻
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