[发明专利]正交频分复用系统、快速同步的方法和发送端设备

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及正交频分复用系统、正交频分复用系统中快速同步的方法和发送端设备。 

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术适用于多径无线信道环境下高速率数据的传输。OFDM系统较一般的单载波通信系统能更充分利用频带，得到更高的数据传输速率，这在许多通信领域已经得到应用。例如，欧洲数字音频广播(Digital audio broadcast，简写为DAB)标准采用了带差分相位调制的OFDM技术，数字视频广播(Digital video broadcast，简写为DVB)标准包含了多幅度调制的OFDM技术，有线电话网上基于现有铜双绞线的非对称数字用户环路(Asymmetrical digital subscriber loop，简写为ADSL)、基于5G频段的高速无线接入局域网的标准802.11a和HIPERLANII也采用了QAM的OFDM技术等等。而且，ETSI、BRAN以及MMAC也采用OFDM技术做为其物理层的标准。 

OFDM技术能够适用于多径无线信道环境下高速率数据的传输，是因为正交频分复用(OFDM)技术能够将数据符号并行调制在相互重叠正交的多个子载波上来传输。在数据符号串并变换过程中，会使每个子载波上的符号周期相对地增长，从而可以最大限度地减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对OFDM系统造成的影响，避免频率选择性衰落；另外，由于承载数据符号的多个子载波之间的正交，可以有效利用带宽，提高OFDM系统容量。同时，为了避免符号之间的相互干扰，在符号之间插入循环前缀 或者保护间隔，消除由于多径效应而引起的符号间干扰。 

同步技术是任何一个通信系统都应解决的实际问题，其性能优劣直接影响到整个通信系统的性能。可以说，没有准确的同步算法，就不可能实现可靠的数据传输，它是信息可靠传输的前提。同样，同步技术是实现OFDM系统的关键技术之一，OFDM系统的同步包括了载波同步、符号同步和抽样时钟同步等。为了准确快速地实现系统同步，在传统的OFDM系统中，通常的做法是在某些特定的子载波上插上已知导频数据，接收端利用这些导频数据进行同步。 

与本发明相关的现有技术一提供一种通过时分导频(前导序列)实现系统同步的方法，这种方法已经应用在很多已有的系统中，包括无线局域网标准802.11a和HI PERLAN II、802.16d等，其核心是：发送端采用如图1所示的在传输的数据帧前加上帧头的结构，通过所述帧头传输已知导频数据给接收端；接收端检测到帧头的到来，利用所述帧头中的已知导频信号进行同步。 

由现有技术一的技术方案可以看出，其存在如下的缺点： 

由于一个数据帧中只有一个帧头，在数据帧传输中间很难进行同步跟踪和快速同步，另外，帧头需要占用一定传输资源，降低了传输效率，不适合需要频繁同步的系统中，例如跳频系统。 

与本发明有关的现有技术二提供另一种通过频分导频实现系统同步的方法，这种方法在欧洲的数字视频广播标准(DVB)，包括DVB-T和DVB-H等标准中已经提出，其核心是：在发送端采用编码正交频分复用(COFDM)，按照如图2所示的结构传输已知导频数据，即在每个符号的特定子载波中传输已知导频数据；在接收端采用每个符号中的循环前缀或者频域导频进行数据同步。 

由现有技术二的技术方案可以看出，其存在如下的缺点： 

采用循环前缀和频分导频进行同步，会使同步时间长，不能实现快速同步。另外，需要接收端对接收数据进行处理时才能获取到导频数据，处理起来比较复杂，而且频域导频需要占用一部分子载波资源，从而导致传输效率降低。 

由上述两个现有技术可以看出，无论系统利用时分导频(前导序列)还是利用频分导频进行同步，导频均需要占用一部分资源，从而导致传输效率低，同步时间长，所以这种技术不适合需要频繁同步的系统中，例如跳频系统。 

与本发明相关的现有技术三提出采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术进行同步的方法，其较前两个现有技术提高了传输效率，其核心是： 

发送端在保护间隔插入具有良好自相关性的PN序列，并将频域子载波全部用于传输数据，形成如图3所示的TDS-OFDM符号结构，然后发送给接收端；接收端利用保护间隔中的PN序列进行同步和信道估计，然后消除PN序列对有用数据的影响，接着进行信道均衡后，再转换到频域。 

现有技术三存在如下的缺点：