一种可应用于OFDM水声通信系统中的同步算法_图文

1、-40 - OFDM 水声通信系统因其传输容量大、数据传输稳定等特点逐渐成为世界各国学者关注和研究的对象。OFDM 水声通信系统中有很多问题值得研究,同步技术就是其关键技术之一。常规的同步方法多局限于信噪比较高情况,本文采用的同步方法利用了G M W 序列的相关性和相位关系来进行联合同步判决,可在较低信噪比条件下完成准确一种可应用于OFDM水声通信系统中的同步算法杨蕾1 孙志国2 喻敏31.武汉工业学院电气系4300742.哈尔滨工程大学信通学院1500013.武汉理工大学交通学院430079联合同步。常规符号定时方法是基于OFDM 符号的重复结构或特有的数据结构来完成的。本文所提出方法的训练

2、序列由重复G M W 序列构成,且在接收端接收信号与本地G MW 序列作相关时利用的是周期相关特性。GMW 序列具有大线性复杂度和码族数目的特点,且为平衡序列,因而非常适合在OFDM 水声通信系统中使用。本文所采用同步方法首先构造了G M W 序列信号,G M W 序列信号经IFFT 运算以后转化为OFDM 符号,利用此OFDM 符号特点,通过逐点滑动自相关运算来判得时间同步最大值,而后通过OFDM 符号每部分之间的相位关系来完成整数频偏与小数频偏估计。本文基于经典同步算法S c h m i d l 1、Min n 2,3、Mo ose 4等人的同步方法,提出了一种利用G M W 序列相关性和

3、相位关系来进行联合同步判决的同步方法,此方法在较低信噪比条件下能够很好的同步。1、GMW 序列的生成数被定义为 :若定义G MW 序列的移位序列为e j ,则有 :(4则G M W 序列可以写成如下形式 :(5根据以上G M W 序列的移位序列 的表示形式可以得出以下结论:将该序列排列成2n -1行2n +1列的矩阵,可发现除e j =的那一列外,其余列都为一个长为2n-1的m 序列。由此可以得出用交织方法来产生长为22n -1 的G M W 序列的算法,描述如下:1首先用移位寄存器来产生长为2n -1的m 序列;2计算出移位序列e j ;3将m 序列与移位序列进行交织,即可以产生G M W

4、序列。2、符号定时本文根据Schmidl 方法和Minn 方法的符号定时原理,在4倍频率上传输G M W 序列信号,其他频率上传零,然后经反傅立叶变换(I F F T 后产生一个四部分完全相同的OFDM 符号,再采用逐点滑动的自相关运算来判得最大值。假设只考虑一帧情况,令:-41 -则当M(n达到某一门限时,即意味着符号重复结构的最大相关性。对于所传送的数据流,应用上面的滑动窗定时方法,从开始点P start 开始,可求得一个最大值点P n u m b e r 。假设P number 为准确定时点,那么假设在接收端经解调以后获得y m 。将y m 与前面给出的P N 序列z (k 进行相关运算

5、得到R y z ,当R y z 大于门限值的时候就认为前面假设的定时点为真值,如果R yz 小于门限值,则取下一帧进行前面的步骤,直到满足所设大于门限值这个条件为止。采用这种同步方法可以在水声信道较低信噪比条件下仍能比较准确的找到定时点。3、频偏估计频偏估计的方法参见文献4。设频率偏移为f ,式中f 0为基频,N 为FFT (傅立叶变换点数,则有 :(10式中c 可由接收端得到。根据式(10可得到 :(11由式(11即可求得f 。当angle(c 在范围之间时, 有,即可 得:。本文采用的基频为4f 0,所以 当时,可归于小数频偏,在时域完成。 当时则先要找到整数频偏以后再进行小数频偏,整数频

6、偏估计的原理与小数频偏估计的原理相似,不同的是整数频偏估计是在频域完成。4、计算机仿真本文采用的是一种三径水声信道,第一条路径相对时延设定为0ms ,衰减系数为1;第二条路径相对时延设定为5ms, 衰减系数为0.3;第三条路径相对时延设定为10ms, 衰减系数为0.1。信道脉冲响应如下所示,参见文献6 :(12式中,a 0为接收点处声线幅度参数,i 为接收点处声线时延参数,N 是可分辨的多径分量数量。图1中,纵坐标为定时同步方差,横坐标为信噪比。由图1我们可以看到,在传输一帧情况下,本文采用的方法在信噪比为0dB 的时候,定时误差可控制在200点以内,当信噪比大于等于4dB 的时候,定时误差可控制在10个采样点之间。图2中,纵坐标为频率偏移方差,横坐标为信噪比。由图2可以看到,在信噪比为0dB 的时候,频偏估计方差值小于10-2,在信噪比为6dB 的时候频偏估计方差值小于10-3。通过上面的分析可以知道,本文所采用同步方法可在水声信道下比较准确的找到定时点和比较正确的纠正频偏移。图1 水声信道下的定