一種改進的B3G MIMO-OFDM系統的幀同步方法

最后引入鎖幀處理，當某一定時位置在連續出現一定次數時，則設此定時位置為鎖定的幀起始位置，并設此時的鎖幀狀態為鎖定;在鎖幀狀態為鎖定時，若出現與鎖定的定時位置不同的定時值時，更改鎖幀狀態為未鎖定，并記錄出現不同定時值的次數，當其達到一定次數時，清除鎖定的定時值，重新開始搜索幀頭。

4 幀頭判決門限方案及仿真結果

由于OFDM有循環前綴保護，故尋找的幀起始位置只要在循環前綴范圍內即可。故MIMO-OFDM系統對于幀同步精確性的要求不是很高，但是對穩定性和快速性要求很高，如果達不到穩定的時間同步，后面的FFT等一系列數據處理過程就會受到影響，從而極大地影響整個系統的性能。故穩定的時間同步對整個MIMO-OFDM系統顯得更加重要。由于信道的時變特性和多徑衰落的影響，給幀同步的穩定性帶來很大的困難，因此需要在前人的基礎上加入一種新的機制，來保證同步的穩定性。而這個幀頭判決門限是影響穩定性的主要因素。

傳統的同步算法常采用固定的相關門限作為幀頭的判決門限，但在多天線系統中，多根發送天線的發送信號均到達同一接收天線，加之無線信道對多根天線進行不相關衰落，將造成接收信號的更為嚴重、更加快速的衰落，因此采用傳統的固定門限將導致同步虛警與誤警率的成倍增加。引入自適應的判決門限可以對接收信號的衰落進行自適應的調節，將使同步性能得以提高。Tufvesson的同步方法中僅僅提到這個判決門限應該是變化的，沒有給出具體方法。此處，給出一種利用相關能量確定判決門限的方法，即搜索窗內，比所有相關能量均值的Pthreshold倍要大的最大值判為幀起始位置，此方案得到的是主徑的位置。

式中，F為搜索窗大小，Λ(d)為接收序列與本地序列的相關結果，Pthreshold為門限系數。計算時可把分母與門限系數相乘作為門限與最大相關值比較。由于相關值的均值是隨信道變化而變化的，接收信號幅度大時這個均值也會大，接收信號幅度小時這個均值也會小，因此這個門限是隨接收信號幅度變化而自適應變化的，因此可以有效地對抗無線信道的碼間干擾和多徑。實際實現中，由于相關結果Λ(d)已經計算出來，F也可以乘到不等式右邊，因此只需要計算每個搜索窗內F個相關能量值的和即可，故此方案不會增加實現復雜度。

LTE信道下，車速3 km/h和120 km/h，幀同步范圍Range為5(幀頭±5點范圍內算同步上)，門限取30、40、50時的性能如圖3所示。由此可知，無論是低速或高速，門限系數取30比40和50正確檢測概率要高，且信噪比在2 dB以上時，門限系數30可使正確檢測概率達到1。圖4是門限取30時不同的同步范圍的誤檢概率，可見當同步范圍取5時，可使誤檢概率為0。由此可見此方案更適用于未來高速移動通信的高車速環境。實際中，門限取30、Range取5的方案已經在載頻為3.41 GHz、最高速率達100 Mbps的B3G-TDD MIMO-OFDM硬件平臺中得到實現。

5 結束語

MIMO-OFDM系統作為當前高速通信的備選方案已越來越多地受到關注，隨著天線數和用戶數的增加，幀同步在實現中也越來越困難。本文在前人算法基礎上，提出一種自適應門限的幀頭判決方案，使算法更加完善，且在不增加系統復雜度的前提下獲得很好的性能，適用于Beyond 3G等未來高速移動通信系統。