摘 要： 提出了一种改进的基于恒包络零自相关（Constant Amplitude Zero Auto Correlation，CAZAC）序列的多输入多输出正交频分复用（Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MIMO-OFDM）系统时间同步方法。该方法能直接得到准确的定时位置，不需要分成帧检测和符号同步两个步骤进行，使定时结果不受频率同步性能的影响；并同时能够估计出整数倍频偏，降低了系统同步过程的复杂度。通过仿真，在高斯信道和多径信道下验证了算法性能。

关键词： MIMO-OFDM系统；CAZAC序列；时间同步；整数倍频偏

0 引言

MIMO-OFDM系统凭借其系统容量大、抗干扰能力强等优点，成为新一代无线通信领域的核心技术[1-3]。由于MIMO-OFDM对延时和频偏很敏感，为保证接收端能够正确解调，必须要进行时频同步[2-3]。此外，由于MIMO-OFDM系统中有多根天线，其相互间的干扰使得同步更加困难[3]。

文献[4]首次提出使用相互正交的训练序列，将OFDM系统中的SC算法应用到MIMO-OFDM系统中，解决了各天线间的相互干扰问题[5]。文献[6]利用各天线分时发送训练序列来保证时域上的正交性，但是在天线较多时占用较多时域资源。以上两种方法在时间同步前都需要进行帧检测，补偿频偏后再进行符号同步才能得出正确的定时位置，因而运算量大，并且时间同步性能易受到频偏补偿性能的影响。文献[7]提出了WPS算法，利用CAZAC序列良好的自相关性，使得定时性能有了显著提高，但是没有考虑到频偏对定时位置的影响。文献[8]使用循环的延迟序列，采用互相关和自相关结合的方法进行定时同步，性能良好，但是依然受到频偏影响，在频偏补偿之后需要对定时位置进行修正。本文基于WPS算法，提供了一种改进的前导序列结构和定时同步方法，该方法仅需一步便能完成整个时间同步，定时结果不受频偏影响，而且同时还能估计出整数倍频偏。仿真结大功率电感工厂果表明，在AWGN信道和多径信道下，该同步方法都具有良好的性能。

1 MIMO-OFDM系统模型

MIMO-OFDM系统原理框图如图1所示。

各发射天线发送的OFDM符号可表示为：

其中，i表示发射天线序号，最大为Nt；N表示IFFT变换的点数，也即系统所用子载波个数；Ti(k)为第i个发射天线、第k个子载波上的调制数据；Ng为消除OFDM符号间干扰的循环前缀的长度。

在高斯信道下，接收天线接收到的基带信号可表示为：

其中，j表示接收天线序号，最大为Nr；τi，j和εi，j分别表示第i条发射天线到第j条接收天线的时间延迟和频率偏移，?着ij包括整数部分和小数部分，在系统同步过程中需要分别估计；ωj(n)表示第j根天线上接收到的AWGN总和。

2 时间同步方法分析

2.1 WPS定时同步算法

图2所示为WPS算法使用的同步序列结构。

该前导序列由长度为N的CAZAC序列构成。其生成表达式如下[9片状电感器]：

容易看出，CAZAC序列的自相关函数是理想的二值函数，因此将其循环移位后得到的序列和原序列相互正交，保证了各发射天线上的序列正交性。

由式(3)易知，生成的CAZAC序列还具有自反特性，如下式：

只有在训练序列起始处，判决函数Mi(d)才能取得最大值，其余位置上的取值均接近于零，如图3(a)所示。可以看出，定时函数的峰值尖锐，很容易得出定时点位置。

引入频偏?着之后，判决函数峰值虽然依然尖锐，但是峰值点位置会有一定的移位，影响定时点位置的判断，如图3(b)所示。

2.2 改进的前导序列结构和时间同步方案扁平线圈电感制造厂

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