基于PN序列幀的同步分析及FPGA實(shí)現(xiàn)

摘要：闡述了一種導(dǎo)頻疊加的OFDM同步方法，利用具有良好的自相關(guān)性PN序列實(shí)現(xiàn)時(shí)偏和頻偏估計(jì)。在多徑信道條件下，通過(guò)Matlab仿真能較好地實(shí)現(xiàn)同步。然后利用Altera公司的芯片在QuartusⅡ8．0工具平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了OFDM同步的硬件設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了電路仿真。
關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；同步；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；仿真

0 引言
目前正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplering，OFDM)技術(shù)已經(jīng)成為第四代移動(dòng)通信研究的熱點(diǎn)，同時(shí)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(dāng)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(hào)方法，它的優(yōu)點(diǎn)是捕獲快、精度高，適合分組數(shù)據(jù)通信，具體的實(shí)現(xiàn)是在分組數(shù)據(jù)包的包頭加一個(gè)專門用來(lái)做定時(shí)、頻偏的OFDM塊?；跀?shù)據(jù)符號(hào)算法又可以分為兩類：基于訓(xùn)練符號(hào)(導(dǎo)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(xùn)練符號(hào)的一種。

1 基于PN序列的幀、符號(hào)定時(shí)與頻偏估計(jì)同步算法
文獻(xiàn)提出了一種導(dǎo)頻疊加的方法，即導(dǎo)頻和OFDM符號(hào)相加，利用導(dǎo)頻符號(hào)的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)定時(shí)和頻偏估計(jì)。由于PN序列具有良好的自相關(guān)性，可以用PN序列作為導(dǎo)頻符號(hào)。

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(hào)同步。若干個(gè)OFDM符號(hào)組成一幀，在每幀的前面插入若干個(gè)相同的短符號(hào)(訓(xùn)練符號(hào))用于幀定時(shí)和粗頻偏估計(jì)。在每個(gè)OFDM符號(hào)上疊加一段與符號(hào)長(zhǎng)度相同的PN序列來(lái)實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)和精確的頻偏估計(jì)。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(huì)被噪聲和有用信號(hào)淹沒(méi)，所以這種導(dǎo)頻疊加方法是以增加發(fā)射功率為代價(jià)的。
以符號(hào)同步為例對(duì)算法進(jìn)行分析，忽略CP的長(zhǎng)度，則接收信號(hào)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。若表示發(fā)送信號(hào)的平均功率，ρ代表功率分配系數(shù)，則PN序列和數(shù)據(jù)序列的功率比近似為，對(duì)于幀同步而言，由于符號(hào)中沒(méi)有數(shù)據(jù)序列，所以ρ=1。接收信號(hào)和接收端的PN序列求相關(guān)得：