摘 要： 提出了基于特殊导频码的OFDM系统的盲帧同步算法。该算法不需要数据辅助，首先利用FFT窗跨界时产生的能量泄露实现了对符号定时参数的估计，然后对同步后的OFDM信号进行解调得到信息序列，最后利用3阶相关函数（TCF）对序列进行处理从而提取出同步码以实现帧同步。仿真结果表明，该算法在低信噪比下具有较好的同步能力和较高的同步精度。
关键词： 正交频分复用；前导码；盲帧同步；3阶相关函数
正交频分复用（OFDM）是一种使用相互正交的子载波进行高速数据传输的调制技术，由于它具有良好的对抗多径能力、频带利用率高以及实现简单等优点，成为未来第四代移动通信的关键技术之一[1]。
与单载波系统相比，OFDM系统的主要缺陷是对符号定时误差以及载波频偏更加敏感。错误的符号定时将造成符号间干扰（ISI），载波频偏使得各个子载波之间不再保持正交，因而造成载波间干扰（ICI）。现在已经有较多同步参数估计方法方面的参考文献[2-6]，主要可以分为数据辅助法和非数据辅助法两类。数据辅助法通过发送已知的符号或是导频信号来估计定时以及频偏，使得带宽利用率下降；非数据辅助法只是利用了接收到OFDM信号的自身统计特性，节省了带宽资源，因而成为现阶段研究的热点。参考文献[7]设计了一类适用于OFDM系统的前导码结构，该前导码应用于OFDM系统的帧同步中具有较好同步性能。
本文通过利用FFT窗跨界时产生的能量泄露实现了对符号定时参数的估计。利用3阶相关函数（TCF）对同步后进行解调得到的信息序列进行处理，从而提取出同步码，首次解决了此类盲帧同步问题。该算法在低信噪比下具有较好的同步性能且具有一定的工程应用价值。
1 OFDM系统模型
OFDM系统原理框图如图1所示。在发射端，星座映射将二进制信息映射为16QAM等系统所需的调制样式，然后通过子载波分配将信息数据分配到有用的子载波上，再经过逆傅里叶变换（IFFT）和加入CP后，得到OFDM基带信号。
典型的OFDM系统TD-LTE物理层帧结构如图2所示。10 ms的无线帧包含两个半帧，长度为Tf=153 600×Ts=5 ms。每个半帧包含5个子帧，长度为30 720×Ts=1 ms。参考文献[7]将m-序列作为特殊导频码置于物理层帧的前部，提出的基于匹配滤波器的捕获算法充分利用了导频码良好的自相关性，能够有效地实现OFDM系统的帧同步。本文就是解决如何有效进行盲帧同步的问题。
4 仿真实验
下面以TD-LTE系统仿真，其系统带宽为20 MHz，子载波间隔为15 kHz，采样频率为30.72 MHz（83.84 MHz），FFT点数为2 048个点，占有子载波数（不含直流载波）为1 200个，星座映射分别采用BPSK和16QAM；多径信道采用TU-6信道模型，共6个路径，时延分别为[0.0 0.2 0.5 1.6 2.3 5.0]（单位为?滋s），幅度分别为[-3 0 -2 -6 -8 -10]（单位为dB），信道噪声为高斯白噪声；以n=10，反馈逻辑为C=[10000001001]线性移位寄存器网络产生的m-序列作为帧同步码。仿真结果如图6、图7所示。
图6给出了符号定时的平均误差点数与信噪比的变化关系。结果表明，定时估计算法随信噪比降低误差逐渐增大，在低信噪比的情况下符号定时的误差较大，当SNR≥4 dB时，误差趋于稳定，保持在5个点以内。
图7给出了帧同步平均误差个数与信噪比的变化关系。结果显示，变化以SNR≥4 dB为临界点，一旦低于临界点，帧同步的精度和成功率都将有大幅度的下降；而高于临界点时平均误差个数为0。从以上分析可以看出，BPSK和16QAM两种方式下的性能相当，并无明显差异。
同步是OFDM系统中非常关键的问题，同步性能的优劣直接影响到OFDM技术能否真正被应用于无线通信领域。本文首先利用FFT窗跨界时产生的能量泄露实现了对符号定时参数的估计，再利用3阶相关函数对信息序列进行处理，从而提取出同步码，实现了盲帧同步。仿真实验表明，该方法在低信噪比情况下具有较好的同步能力和较高的同步精度。
参考文献
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