摘  要： 提出了基于特殊導(dǎo)頻碼的OFDM系統(tǒng)的盲幀同步算法。該算法不需要數(shù)據(jù)輔助，首先利用FFT窗跨界時(shí)產(chǎn)生的能量泄露實(shí)現(xiàn)了對符號(hào)定時(shí)參數(shù)的估計(jì)，然后對同步后的OFDM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到信息序列，最后利用3階相關(guān)函數(shù)（TCF）對序列進(jìn)行處理從而提取出同步碼以實(shí)現(xiàn)幀同步。仿真結(jié)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(guān)鍵詞： 正交頻分復(fù)用；前導(dǎo)碼；盲幀同步；3階相關(guān)函數(shù)

　正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種使用相互正交的子載波進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)，由于它具有良好的對抗多徑能力、頻帶利用率高以及實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，成為未來第四代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。
　與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的主要缺陷是對符號(hào)定時(shí)誤差以及載波頻偏更加敏感。錯(cuò)誤的符號(hào)定時(shí)將造成符號(hào)間干擾（ISI），載波頻偏使得各個(gè)子載波之間不再保持正交，因而造成載波間干擾（ICI）?，F(xiàn)在已經(jīng)有較多同步參數(shù)估計(jì)方法方面的參考文獻(xiàn)[2-6]，主要可以分為數(shù)據(jù)輔助法和非數(shù)據(jù)輔助法兩類。數(shù)據(jù)輔助法通過發(fā)送已知的符號(hào)或是導(dǎo)頻信號(hào)來估計(jì)定時(shí)以及頻偏，使得帶寬利用率下降；非數(shù)據(jù)輔助法只是利用了接收到OFDM信號(hào)的自身統(tǒng)計(jì)特性，節(jié)省了帶寬資源，因而成為現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一類適用于OFDM系統(tǒng)的前導(dǎo)碼結(jié)構(gòu)，該前導(dǎo)碼應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)的幀同步中具有較好同步性能。
本文通過利用FFT窗跨界時(shí)產(chǎn)生的能量泄露實(shí)現(xiàn)了對符號(hào)定時(shí)參數(shù)的估計(jì)。利用3階相關(guān)函數(shù)（TCF）對同步后進(jìn)行解調(diào)得到的信息序列進(jìn)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(yīng)用價(jià)值。
1 OFDM系統(tǒng)模型
　OFDM系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。在發(fā)射端，星座映射將二進(jìn)制信息映射為16QAM等系統(tǒng)所需的調(diào)制樣式，然后通過子載波分配將信息數(shù)據(jù)分配到有用的子載波上，再經(jīng)過逆傅里葉變換（IFFT）和加入CP后，得到OFDM基帶信號(hào)。

　典型的OFDM系統(tǒng)TD-LTE物理層幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。10 ms的無線幀包含兩個(gè)半幀，長度為Tf=153 600×Ts=5 ms。每個(gè)半幀包含5個(gè)子幀，長度為30 720×Ts=1 ms。參考文獻(xiàn)[7]將m-序列作為特殊導(dǎo)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(dǎo)頻碼良好的自相關(guān)性，能夠有效地實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的幀同步。本文就是解決如何有效進(jìn)行盲幀同步的問題。

4 仿真實(shí)驗(yàn)
　下面以TD-LTE系統(tǒng)仿真，其系統(tǒng)帶寬為20 MHz，子載波間隔為15 kHz，采樣頻率為30.72 MHz（83.84 MHz），F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為2 048個(gè)點(diǎn)，占有子載波數(shù)（不含直流載波）為1 200個(gè)，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(gè)路徑，時(shí)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(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的m-序列作為幀同步碼。仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

　圖6給出了符號(hào)定時(shí)的平均誤差點(diǎn)數(shù)與信噪比的變化關(guān)系。結(jié)果表明，定時(shí)估計(jì)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(hào)定時(shí)的誤差較大，當(dāng)SNR≥4 dB時(shí)，誤差趨于穩(wěn)定，保持在5個(gè)點(diǎn)以內(nèi)。
圖7給出了幀同步平均誤差個(gè)數(shù)與信噪比的變化關(guān)系。結(jié)果顯示，變化以SNR≥4 dB為臨界點(diǎn)，一旦低于臨界點(diǎn)，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(diǎn)時(shí)平均誤差個(gè)數(shù)為0。從以上分析可以看出，BPSK和16QAM兩種方式下的性能相當(dāng)，并無明顯差異。
　同步是OFDM系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的問題，同步性能的優(yōu)劣直接影響到OFDM技術(shù)能否真正被應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。本文首先利用FFT窗跨界時(shí)產(chǎn)生的能量泄露實(shí)現(xiàn)了對符號(hào)定時(shí)參數(shù)的估計(jì)，再利用3階相關(guān)函數(shù)對信息序列進(jìn)行處理，從而提取出同步碼，實(shí)現(xiàn)了盲幀同步。仿真實(shí)驗(yàn)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(xiàn)
[1] WANG Z， GIANNAKIS G B. Wireless multicarrier communications： where Fourier meets Shannon[J]. IEEE Signal Processing Magazine， 2000，17（3）：29-48.
[2] BEEK J J V D， SANDEL M， BORJESSON P O. ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems[J]. IEEE Transactions on Signal Processing， 1997，45（7）：1800-1805.
[3] LASHKARIAN N， KIAEI S. Class of cyclic-based estimators for frequency-offset estimation of OFDM systems[J]. IEEE Transactions on Communication，2000，48（12）：2139-2149.
[4] HELMUT B. Blind estimation of symbol of symbol timing and carrier frequency offset in pulse shaping OFDM systems[C]. IEEE ICASSP′99， Phoenix， USA， 1999，5：2749-2752.
[5] 胡登鵬，石峰，張爾揚(yáng).非數(shù)據(jù)輔助的OFDM系統(tǒng)符號(hào)同步算法[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2011，33（3）：739-743.
[6] 曹鵬，彭華，董延坤.一種基于循環(huán)前綴的OFDM盲檢測及參數(shù)估計(jì)算法[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，11（2）：196-200.
[7] 汪濤，張劍，劉洛琨，等.基于特殊導(dǎo)頻碼的OFDM系統(tǒng)高效同步算法[J].微波學(xué)報(bào)，2011，27（1）：87-90.
[8] 俎云霄.基于高階統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)的m-序列檢測及識(shí)別[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2007，7（29）：1576-1579.