Eğitim sırasına dayalı geliştirilmiş OFDM frekans senkronizasyon algoritması
Wang Sibo, Ma Shexiang, Meng Xin, Wang Junfeng
(Bilgisayar ve İletişim Mühendisliği Okulu, Tianjin Teknoloji Üniversitesi, Tianjin 300384)
Mevcut Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama (OFDM) iletişim sisteminde düşük senkronizasyon doğruluğu ve frekans senkronizasyon algoritmasının küçük tahmin aralığı problemlerine yönelik olarak bir eğitim dizisi yapısı tasarlanmış ve karşılık gelen tahmin fonksiyonu verilmiştir. Eğitim sırasına göre geliştirilmiş frekans senkronizasyonu algoritması. Frekans senkronizasyon iyileştirme algoritması, zaman alanı eğitim dizisi yapısının eşlenik simetrisine göre doğru sembol zamanlamasından sonra kesirli frekans kaymasını elde etmek için yeni bir metrik işlev kullanır; tamsayıyı, alıcı uçtaki frekans alanı eğitim dizisinin döngüsel kaymasına dayalı olarak tahmin eder Frekans sapması. Teorik analiz ve simülasyon sonuçları, geliştirilmiş algoritmanın, frekans kayması tahmininde daha düşük ortalama kare hatasına sahip olduğunu, kesirli frekans kaymasının tahmin aralığını genişlettiğini ve tamsayı frekans kaymasının doğru tespit olasılığını geliştirdiğini göstermektedir.
Ortogonal frekans bölmeli çoklama; frekans senkronizasyonu; eğitim sırası; ortalama kare hatası; doğru algılama olasılığı
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN919.3
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.03.026
Çince alıntı biçimi: Wang Sibo, Ma Shexiang, Meng Xin ve diğerleri.Eğitim sırasına dayalı geliştirilmiş OFDM frekans senkronizasyon algoritması.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (3): 104-107.
İngilizce alıntı biçimi: Wang Sibo, Ma Shexiang, Meng Xin ve diğerleri.Eğitim sırasına dayalı OFDM sistemleri için geliştirilmiş frekans senkronizasyon yöntemi.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (3): 104-107.
0 Önsöz
Mayıs 2013'te, ITU-R Çalışma Grubu 5B toplantısında, çok uluslu hükümetler ve Uluslararası Navigasyon İşaretleri Birliği (IALA) VDES'i (VHF Veri Değişim Sistemi) önerdi. VDES, AIS (Otomatik Tanımlama Sistemi), ASM (Uygulamaya Özel Mesajlar) ve VDE'den (VHF Veri Değişimi) oluşan entegre bir sistem olan AIS için geliştirilmiş ve yükseltilmiş bir sistemdir. VDES, sistem ölçeğinde ve hizmet kullanılabilirliğinde daha fazla esneklik sağlayabilen birden fazla kodlama hızı ve modülasyon moduna izin verir. VDE, spektral verimliliği ve verimi en üst düzeye çıkarmak için uyarlanabilir modülasyon ve kodlama kullanır. Ekim 2015'te, ITU Radyo İletişimi Çalışma Grubu 5, VDES'in ITU-RM.2092-0 Tavsiye Kararını benimsemesini tavsiye etti. VDE-SAT uplink / downlink 50 kHz adanmış kanalda OFDM teknolojisi kullanılabilir. VDES'de VDE-SAT uplink / downlink iletişiminde, uydu iletişim ortamı OFDM teknolojisinin kullanımı için senkronizasyon sorunlarına neden olur.
OFDM senkronizasyon teknolojisi, OFDM sisteminde temel olarak sembol zamanlama ofsetini (Sembol Zamanlama Ofseti, STO) ve taşıyıcı frekans ofsetini (Taşıyıcı Frekans Sapması, CFO) tahmin eder.Senkronizasyon yöntemleri iki kategoriye ayrılabilir: (1) Veri destekli olmayan yöntemler, özellikle Döngüsel Önek (CP) kullanan kör bir tahmin algoritmasıdır; (2) Veri destekli tahmin yöntemi. Veri destekli algoritmalardan en klasik olanı SCHMIDL M ve diğerleri tarafından önerilen senkronizasyon algoritmasıdır (bundan sonra SC algoritması olarak anılacaktır), ancak döngüsel önek bu algoritmada bir zamanlama platformunun varlığına neden olarak zamanlama belirsizliğine neden olur. MINN H ve PARK B, SC algoritmasını geliştirmiştir.Zamanlama tahminindeki en yüksek platform problemi etkili bir şekilde önlense de, ondalık taşıyıcı sapmasını düzeltirken hata büyüktür ve eğitim dizisinin çift rakamlarının geometrik bir dizi olması gerekir Bu şekilde tamsayı taşıyıcı sapması düzeltilebilir ve algoritma karmaşıklığı yüksektir. CAZAC (sabit zarf sıfır otokorelasyon) dizisi kullanılarak tasarlanan eğitim sembolleri, literatürde doğru bir şekilde zamanlanabilse de, büyük miktarda hesaplama dezavantajına sahip olan zamanlama senkronizasyonu için yerel diziler kullanılmaktadır ve taşıyıcı frekans ofset tahmininin performansı geliştirilmemiştir. . Guo Yi ve diğerleri, literatürde, doğru zamanlama için zaman alanlı eğitim dizilerinin eşlenik özelliklerini kullanarak gerçek eğitim dizilerini kullanmayı önerdi. Bununla birlikte, kesirli frekans kaymasını tahmin ederken, eğitim dizisinde tekrarlanan bir yapı olmadığından, yalnızca döngüsel öneke dayalı ML algoritması tarafından tahmin edilebilir. Tahmin aralığı küçüktür ve tahmin performansı düşük sinyal-gürültü oranı ve tamsayı frekans kayması altında zayıftır. Tahmin algoritması karmaşıktır. Guo Yi'nin sembol zamanlama yöntemini kullanarak doğru zamanlamadan sonra, bu makale frekans senkronizasyon algoritmasını geliştirir.Zaman alanı eğitim dizisi yapısının eşlenik simetrisine göre, yeni metrik işlevi, alıcı uçtaki frekans alanı eğitim sırasına göre kesirli frekans ofsetini elde etmek için kullanılır Döngüsel kaydırma, tamsayı frekans kaymasını tahmin eder. Bu makaledeki frekans senkronizasyonu iyileştirme algoritması, kesirli frekans kayması tahmin aralığını genişletir ve tahmin doğruluğunu azaltmadan tamsayı frekans kaymasının doğru tespit olasılığını geliştirir.
1 OFDM sistem modeli
Gönderme sinyalini x (n) ve alıcı sinyali y (n) olarak tanımlayın. Döngüsel önekli gönderen bitiş sinyali şu şekilde ifade edilebilir:
2 Eğitim dizisi yapısının tasarımı
İletim ucunda, frekans alanında yeni bir eğitim dizisi tasarlayın ve çift sayılı bitleri gönderin:
Tek haneli gönderme:
Alıcı uçta, zaman alanında alınan sinyal şu şekilde ifade edilebilir:
Doğru sembol zamanlama konumu, Şekil 2'de gösterildiği gibi formül (12) 'ye göre tahmin edilebilir. Sembol zamanlama sapması tahmin edildikten sonra, sembol zamanlama senkronizasyonunu elde etmek için sinyal telafi edilir.
3 Geliştirilmiş frekans kayması tahmin algoritması
Sembol başlangıç noktası, sembol senkronizasyon algoritması tarafından tahmin edilir ve fraksiyonel taşıyıcı frekans kayması, zaman alanında tahmin edilir; telafi sonrasında, sinyal, zaman alanından frekans alanına dönüştürülür ve tamsayı taşıyıcı frekans kayması, frekans alanında tahmin edilir.
3.1 Kesirli taşıyıcı frekans kayması tahmini
Alıcı uçta doğru zamanlamadan sonra, kesirli frekans kayması zaman alanında tahmin edilir ve alınan zaman alanı sinyali şu şekilde ifade edilebilir:
3.2 Tamsayı taşıyıcı frekans kaymasının tahmini
Frekans kayması yalnızca kesirli bir frekans kaymasına sahip olduğunda, yukarıdaki yöntem doğru bir şekilde tahmin etmek için kullanılabilir; frekans ofsetinde bir tamsayı frekans kayması olduğunda, kesirli frekans kayması tahmin edildikten ve telafi edildikten sonra, alınan sinyalde yalnızca çift sayılı bir frekans kayması vardır. . Fraksiyonel frekans kayması alıcı uçta telafi edildikten sonra, yalnızca bir tamsayı frekans kayması i vardır ve eveni bir çift sayıdır.Zaman alanı alınan sinyal şu şekilde ifade edilebilir: Alınan sinyal FFT ile demodüle edildikten sonra, Y (k) = X (k- i), Y (k), Y (k) 'nin çift bit dizisini elde etmek için X (k)' nin döngüsel kaymasıdır:
Kodu çözülmüş eğitim dizisinin maksimum enerji değerini bularak, orijinal çift sayılı eğitim dizisinin sıfır olmayan eğitim dizisinin başlangıç konumu bulunur ve bu konumdaki kaydırma sayısı, frekans kaymasının tahmini tam sayı katıdır:
4 Simülasyon sonuçları ve analizi
Bu yazıda algoritmanın performansını test etmek için teorik analiz temelinde simülasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Simülasyon işleminde, OFDM sisteminin ana parametreleri şunlardır: FFT / IFFT'nin dönüşüm uzunluğu 128, döngüsel önek uzunluğu 32, alt taşıyıcı 16QAM modülasyonunu benimser ve simülasyon sayısı 100'dür.
Şekil 4, farklı CFO'lar altındaki MSE'lerin performans karşılaştırmasını göstermektedir. Şekil 4 (a) 'da gösterildiği gibi, = 0.3 olduğunda, bu algoritmanın MSE performansı MINN H algoritması ve PARK B algoritmasından daha iyidir ve Guo Yi algoritmasının MSE performansı daha düşük bir sinyal-gürültü oranında önemli ölçüde azalırken kağıt iyi bir performans sağlayabilir. MSE performansı. Şekil 4 (b) 'de, = 2.3 olduğunda, gerçek frekans ofset değeri, MINN H algoritması ve PARK B algoritmasının tahmin aralığını aşar.MINN H algoritması ve PARK B algoritması, frekans ofset tahmini için kullanılamaz.Bu yazıda yer alan algoritma Guo Yi'den daha iyidir Algoritma daha iyi tahmin performansına sahiptir.
Şekil 5, bu algoritmanın tamsayı frekans kayması tahmin performansını Guo Yi algoritması ile karşılaştırmaktadır. Şekil 5'ten, bu makaledeki algoritmanın, sinyal-gürültü oranı düşük olduğunda tamsayı frekans kaymasının doğru tespit olasılığının daha yüksek olduğu ve daha iyi senkronizasyon performansına sahip olduğu görülebilir.
5. Sonuç
Doğru sembol zamanlamasına dayalı olarak, bu makale OFDM sisteminin taşıyıcı frekans sapmasını tahmin etmekte ve yeni bir eğitim dizisi yapısına dayanan geliştirilmiş bir OFDM frekans senkronizasyon algoritması önermektedir. Kesirli frekans kayması, alıcı uçta alınan sinyalin zaman alanındaki kısmi eşlenik özelliklerine göre tahmin edilir ve tamsayı frekans kayması, eğitim sembolünün kaymasına göre frekans alanında tahmin edilir. Hem teorik türetme hem de simülasyon sonuçları, bu makaledeki algoritmanın, kesirli frekans kaymasının tahmin aralığını genişlettiğini ve kesirli frekans kayması tahmininin düşük sinyal-gürültü oranı altında daha iyi MSE performansına sahip olduğunu ve tamsayı frekans kaymasının doğru algılama olasılığını geliştirdiğini göstermektedir. , İyi tahmin performansı ile.
Referanslar
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği. VHF deniz mobil bandında bir VHF veri değişim sistemi için teknik özellikler. Tavsiye ITU-RM. 2092-0, Ekim 2015.
VAN DE BEEK J J, SANDELL M, BRJESSON P O. OFDM sistemlerinde zamanlama ve frekans kaymasının ML tahmini IEEE Aktarım. Sinyal İşleme, 1997, 45 (7): 180-1805.
SCHMIDL T M, COX D C. OFDM için sağlam frekans ve zamanlama senkronizasyonu IEEE Trans. Commun., 1997, 45 (12): 1613-1621.
MINN H, ZENG M, BHARGAVA V K. OFDM sistemleri için zamanlama ofset tahmini üzerine IEEE Commun. Lett. 2000, 4 (7): 242-244.
PARK B, CHOEN H, KO E, ve diğerleri OFDM sistemleri için yeni bir zamanlama tahmin yöntemi IEEE Commun. Lett., 2003, 7 (5): 53-55.
Yan Chunlin, Li Shaoqian, Tang Youxi ve diğerleri CAZAC sekansı kullanan OFDM frekans senkronizasyon yöntemi Journal of Electronics and Information, 2006, 28 (1): 139-142.
Guo Yi, Liu Gang, Ge Jianhua.OFDM sistemleri için yeni bir zaman ve frekans senkronizasyon şeması.IEEE Trans on Consumer Electronics, 2008, 54 (2): 321-325.
CHO Y S, KIM J, YANG W Y, ve diğerleri MATLAB ile MIMO-OFDM kablosuz iletişim 1. baskı John Wiley and Sons (Asia) PteLtd, 2010.
NISHAD P K, SINGH P. OFDM Sistemlerinde taşıyıcı frekans ofset tahmini, 2013 IEEE Bilgi ve İletişim Teknolojileri Konferansı Bildirileri (ICT2013), 2013: 885-889.
