基于CAZAC序列的MIMOOFDM定时同步算法

郝杰

摘 要：针对MIMOOFDM系统定时同步中的精确度问题，提出一种基于CAZAC序列的定时同步方法。通过CAZAC序列优化帧的定时目标、准确度以及结构，使得帧和符号同步同时实现，简化定时算法。帧同步和符号同步的联合实现，降低了定时算法的计算量并能够准确定义信道的第一径，能够在时域实现整数频偏的估计，在提高同步精度的同时降低了系统的复杂度，通过仿真验证了算法在Rayleigh衰落信道中性能的明显改善。

关键词：多输入多输出；正交频分复用；CAZAC序列；同步

中图分类号：TN911. 5 文献标识码：A

Abstract：A new synchronization method for MIMOOFDM systems with CAZAC sequence was proposed. Frame timing objective functions were sharpen by using CAZAC Sequence， and its accuracy was also improved. Combing frame and symbol synchronization， only one step was needed for timing algorithm.The computation load was reduced and the first channel path was defined accurately.Integral frequency offset correction was achieved in time domain with a lower complexity.The proposed scheme can not only improve the precision of synchronization，but also reduce the complexity greatly.Simulation result shows it has a better performance than the traditional method especially in Rayleigh fading channel.

Key words：multipleinput multipleoutput； orthogonal frequency division multiplexing； CAZAC sequence； synchronization

1 引 言

正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing， OFDM）由于高频谱利用率、抗窄带干扰等特点，成为下一代无线通信研究的关键技术，另一方面，多输出多输入（MIMO）能够产生的分集增益和复用增益，使得系统容量的增加成为可能。MIMO与OFDM技术结合成为未来无线通信最具希望的技术，但是同步技术是制约这一系统性能的重要因素[1]。

MIMOOFDM系统的同步算法已经有比较多的文献[2-4]进行研究，其中Schmidl（SC）算法[5] 是比较典型的一种，SC算法在定时度量函数中有一个峰值平台影响了定时位置，因此一般会分为帧同步和符号同步来考虑。文献[2]研究了在帧同步较为准确的情况下，通过帧结构可以同时完成帧与符号的同步，并进一步采用GOLD序列完成了基于MIMOOFDM系统符号与帧的联合同步。但GOLD在进行FFT变化之后，会破坏正交性。另外，采用GOLD序列的定时算法需要在衰落信道中找到信道中最强子径。因此MIMOOFDM系统中采用GOLD序列并不是非常合适。基于此，本文考虑通过CAZAC序列先实现精确的定时同步，在进一步在传统同步算法基础上进行改进，找到适于MIMOOFDM系统的同步定时算法。

2 系统模型

从图2可以看出，在相同的定时偏移下，本文方法度量函数更为尖锐。图3对AWGN信道和Rayleigh衰落信道下的本文所提方法和传统方法的定时捕获概率进行了对比，可以看出，与传统方法相比，本文所采用的同步方法在两种信道下捕获概率都有明显改善，相比来讲，Rayleigh衰落信道改善幅度更大一些，这是因为本文方法能较为精确的定出第1径，而对Rayleigh衰落信道中最强径为非第一径的情况尤为重要。

6 结 语

本文提出了一种基于CAZAC序列的MIMOOFDM定时同步方法，通过帧同步和符号定时同步的联合，减少了定时算法的复杂度，使得整数频偏可以在时域进行，无需进行FFT运算。并且定时位置准确能够准确定义在多径衰落信道中的第一径。仿真结果表明该方法该方法不仅提高了同步的精度，而且也降低了系统的运算量，尤其在Rayleigh衰落信道中性能改善更为明显。

参考文献

[1] 艾渤，王劲华，钟章队.宽带无线通信OF'DM系统同步技术[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2] 严春林，李少谦，唐友喜，等.利用CAZAC序列的OFDM频率同步方法[J].电子与信息学报，2006，28（1）：139-142.

[3] ROHRS U H，LINDE L P. Some unique properties and applications of perfect squares minimum phase CAZAC sequences[C]//. Proceedings of the South African Symposium on Communications and Signal Processing， South Afria， 1992： 155-160.

[4] WANG Han，ZHU Leiji，SHI Yusong et al. A novel synchronization algorithm for OFDM systems with weighted CAZAC sequence [J]. Journal of Computational Information Systems，2012，8（6）2275-2283.

[5] SCHMIDL T M，COX D C. Robust frequency and timing synchronization for OFDM [ J ]. IEEE Trans Commun， 1997，45：1613-1621.

[6] Yang Baoguo， LETAIEF K B，CHENG R S， et al. Burst frame synchronization for OFDM transmission in multipath fading links [C]//. IEEE Vehicular Technology Conference， 1999：300-304.

[7] van de BEEK J J，SANDELL M. Low complex frame synchronization in OFDM systems[C]//. In Proc IEEE Int Conf Universal Personal Commun. Canada：1995：982-986.

[8] Li Li Ping Zhou. Synchronization for B3G MIMO OFDM in DL Initial Acquisition by CAZAC Sequence Communications[C]//， Circuits and Systems Proceedings， 2006 International Conference on 2006，（2）： 1035-1039.