專(zhuān)利名稱(chēng)：魯棒的整數(shù)倍子載波頻率偏差的估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信領(lǐng)域，特別是涉及一種OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)通信系統(tǒng)中載波頻率偏差的估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
OFDM系統(tǒng)以其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于寬帶通信系統(tǒng)中，尤其適用于傳播環(huán)境多變的無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)。同時(shí)正是由于OFDM本身的技術(shù)特 點(diǎn)，OFDM調(diào)制是通過(guò)在有效頻帶內(nèi)并行調(diào)制多個(gè)相互正交的子載波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的有 效利用，這就造成了 OFDM系統(tǒng)對(duì)載波頻率偏差的影響異常敏感。從歸一化的子載波帶寬角 度來(lái)看，一方面分?jǐn)?shù)倍于子載波帶寬的載波頻率偏差會(huì)造成子載波信號(hào)泄漏到相鄰子載波 上，破壞各載波間的正交性，從而產(chǎn)生載波間干擾(ICI)；另一方面整數(shù)倍于子載波帶寬的 載波頻率偏差會(huì)造成有效載波信號(hào)發(fā)生偏移，造成接收機(jī)無(wú)法按照正確的順序恢復(fù)信源信 號(hào)。因此載波頻率同步技術(shù)是OFDM系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)一般的OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，載波頻率偏差主要是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間本振頻率 的不一致造成的。但對(duì)無(wú)線OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及周?chē)?傳播環(huán)境的變換而產(chǎn)生的多普勒頻移也會(huì)產(chǎn)生一定的載波頻率偏差，這種頻率偏差相對(duì)較 小，通常是子載波帶寬的分?jǐn)?shù)倍。因此整數(shù)倍子載波頻率偏差估計(jì)技術(shù)主要是針對(duì)本振頻 率不一致而產(chǎn)生的初始頻偏?，F(xiàn)有的大多數(shù)整數(shù)倍子載波頻率偏差估計(jì)技術(shù)都利用了接收頻域訓(xùn)練信號(hào)和理 想訓(xùn)練信號(hào)之間的互相關(guān)特性，通過(guò)循環(huán)移位產(chǎn)生不同的接收頻域訓(xùn)練，通過(guò)比較不同互 相值之間的大小來(lái)判斷整數(shù)倍載波頻偏的偏移量。但考慮到發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳播之后， 在幅度和相位上都會(huì)遭受信道的失真影響，因此在進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算之前通常都需要先消除 傳播信道的不利影響以提高估計(jì)的準(zhǔn)確度，這就增加了估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種魯棒的整數(shù)倍子載波頻偏的估計(jì)方法，可以 復(fù)用OFDM系統(tǒng)中常用的FFT模塊，不需要增加額外的資源開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)可以消除傳播信道的 不利影響。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明魯棒的整數(shù)倍子載波頻偏的估計(jì)方法，包括如下步 驟步驟一，進(jìn)行FFT變換，將時(shí)域信號(hào)變換到頻域，得到頻域接收信號(hào)；步驟二，根據(jù)已知的頻域訓(xùn)練序列的理想載波映射位置，在正負(fù)P個(gè)載波范圍內(nèi) 調(diào)整頻域訓(xùn)練序列的初始映射位置，并進(jìn)行解映射，總共得到2P+1個(gè)不同的接收訓(xùn)練序 列；步驟三，利用已知的理想訓(xùn)練序列對(duì)2P+1個(gè)接收訓(xùn)練序列進(jìn)行Hadamard乘法處 理，R' p(k) =Rp(k)*SH(k)，其中，-P彡ρ彡P(guān)，()H表示求共軛運(yùn)算；
步驟四，對(duì)Hadamard乘法處理后的序列進(jìn)行IFFT頻時(shí)域變換，得到2P+1個(gè)時(shí)域 信號(hào)序列，rp(n) =FhR' p(k)，其中，F(xiàn)表示傅立葉變換矩陣；步驟五，分別求出2P+1個(gè)時(shí)域信號(hào)序列的幅值，并找出這些信號(hào)幅值序列各自的 最大值，分別記作 Mp, Mp = argmax (| rp(n) |),-P ^ ρ ^ P ；步驟六，在2Ρ+1個(gè)最大值Mp中尋找最大的值Mpmax及其對(duì)應(yīng)的序號(hào) Pfflax, -P ( Pfflax ( P，Pfflax即為檢測(cè)得到的整數(shù)倍子載波頻偏對(duì)應(yīng)偏移的子載波個(gè)數(shù)。采用本發(fā)明的方法可以復(fù)用OFDM系統(tǒng)的FFT模塊，只需要增加少量的資源就能實(shí) 現(xiàn)整數(shù)倍子載波頻偏的估計(jì)功能。另外，能有效利用信道的時(shí)域脈沖響應(yīng)信息，以及接收訓(xùn) 練序列同理想訓(xùn)練序列之間的相關(guān)信息，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判決準(zhǔn)確性高，估計(jì)范圍大，抗多 徑衰落影響能力強(qiáng)等特點(diǎn)；在復(fù)雜多變的無(wú)線OFDM系統(tǒng)中同樣可以很好地得到應(yīng)用，適用 于具有訓(xùn)練序列的任何OFDM通信系統(tǒng)。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明附圖是本發(fā)明的方法控制流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下的描述中以CMMB(ChinaMobile Multimedia Broadcasting中國(guó)移動(dòng)多媒 體廣播電視)系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。在CMMB標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種頻域訓(xùn)練序列信標(biāo)信號(hào)中的 同步訓(xùn)練符號(hào)和正常OFDM符號(hào)中的頻域?qū)ьl信號(hào)。這些訓(xùn)練序列的子載波映射位置和傳 輸信號(hào)本身都是已知的?；谏鲜鰞煞N頻域訓(xùn)練序列應(yīng)用本發(fā)明的方法都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整數(shù) 倍子載波帶寬的頻偏估計(jì)。下面以信標(biāo)信號(hào)中的同步訓(xùn)練符號(hào)作為頻域訓(xùn)練信號(hào)對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行說(shuō)明， 具體包括如下步驟步驟一，利用OFDM系統(tǒng)中通用的FFT模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)頻域變換，得到頻域的接 收信號(hào)。步驟二，根據(jù)已知的同步訓(xùn)練序列的理想載波映射位置，分別在正負(fù)兩個(gè)方向滑 動(dòng)初始的載波映射位置，再根據(jù)理想的載波映射順序，分別從不同的初始的載波映射位置 開(kāi)始解映射接收的頻域信號(hào)，得到多個(gè)不同的接收訓(xùn)練序列。假設(shè)在正負(fù)方向的滑動(dòng)為對(duì)稱(chēng)分布，且最大范圍為P個(gè)子載波，那么總共可以解 映射得到2P+1個(gè)接收訓(xùn)練序列。理想載波映射位置如下式所示
‘l-2xPNb(i-l),\<i<768Xb(i) = \ 0,i = 0或769 < i < 1279 (公式 1)
l-2xPNb(i-5\2),1280<i< 2047如果接收信號(hào)不存在整數(shù)倍子載波帶寬的載波頻偏，那么根據(jù)理想載波映射位置 解映射得到的接收序列就包含了經(jīng)過(guò)信道衰落影響的同步訓(xùn)練序列，經(jīng)過(guò)同理想訓(xùn)練序列 進(jìn)行Hadamard乘法處理后，可以估計(jì)得到衰落信道的頻域響應(yīng)。反之由于整數(shù)倍子載波頻 偏帶來(lái)的載波位置偏移，基于理想載波映射位置解映射得到的接收序列，在同理想訓(xùn)練序列進(jìn)行Hadamard乘法處理后仍然為一個(gè)包含了信道衰落影響的隨機(jī)接收信號(hào)。因此通過(guò) 在理想載波映射初始位置附近左右滑動(dòng)P載波位置作為接收序列的載波映射初始位置，解 映射之后可以得2P+1個(gè)接收序列。步驟三，對(duì)解映射得到的2P+1個(gè)接收序列同理想訓(xùn)練序列進(jìn)行Hadamard乘法處 理。乘法處理的結(jié)果R' p(k)包含衰落信道的頻域響應(yīng)信息，以及頻域接收序列同理想訓(xùn) 練序列之間的頻域互相關(guān)信息。其中只有一個(gè)為衰落信道的頻域響應(yīng)，其他都為隨機(jī)的頻 域信號(hào)。R ‘ p(k) = Rp (k) *SH (k)(公式 2)其中，-P≤ρ≤P，Oh表示求共軛運(yùn)算，Rp(k)表示解映射得到的接收序列，S(k) 表示本地已知的理想訓(xùn)練序列。步驟四，利用信道頻域響應(yīng)和信道時(shí)域脈沖響應(yīng)兩者是傅立葉變換對(duì)的特性，對(duì) 2P+1個(gè)Hadamard乘法處理后的序列進(jìn)行頻時(shí)域變換。這一步同樣可以復(fù)用OFDM系統(tǒng)中的 FFT模塊。步驟五，在2P+1個(gè)轉(zhuǎn)換到時(shí)域的信號(hào)序列來(lái)說(shuō)，其中僅有一個(gè)表征了信道的時(shí)域 響應(yīng)特性，其最強(qiáng)徑的幅度遠(yuǎn)大于平均信號(hào)強(qiáng)度。而其他時(shí)域序列仍然為隨機(jī)的OFDM時(shí) 域信號(hào)，其序列中的最大幅值同平均幅值之比應(yīng)落到OFDM系統(tǒng)的PAPlUPeak-to-Average Power Ratio，峰均功率比)范圍內(nèi)。因此可以對(duì)每個(gè)時(shí)域序列的幅值進(jìn)行最大值檢測(cè)，找 出各自序列中幅值的最大值。步驟六，再對(duì)2P+1序列的最大幅值進(jìn)行比較，找出2P+1個(gè)最大值中最大的值以及 其對(duì)應(yīng)的載波偏移個(gè)數(shù)。該載波偏移個(gè)數(shù)即是載波頻偏對(duì)應(yīng)的整數(shù)倍子載波個(gè)數(shù)。至此完 成整數(shù)倍子載波帶寬的載波頻偏的估計(jì)。以上特例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的具體應(yīng)用方式，但本發(fā)明并不局限應(yīng)用于CMMB系 統(tǒng)。對(duì)于一般性的具有頻域訓(xùn)練序列的OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的發(fā)明精神和實(shí)際內(nèi)容同樣 適用。
權(quán)利要求
1.一種魯棒的整數(shù)倍子載波頻偏的估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，進(jìn)行FFT變換，將時(shí)域信號(hào)變換到頻域，得到頻域接收信號(hào)；步驟二，根據(jù)已知的頻域訓(xùn)練序列的理想載波映射位置，在正負(fù)P個(gè)載波范圍內(nèi)調(diào)整 頻域訓(xùn)練序列的初始映射位置并進(jìn)行解映射，總共得到2P+1個(gè)不同的接收訓(xùn)練序列；步驟三，利用已知的理想訓(xùn)練序列對(duì)2P+1個(gè)接收訓(xùn)練序列進(jìn)行Hadamard乘法處理， R' p(k) =Rp(k)*SH(k)，其中，-P彡ρ彡P(guān)，Oh表示求共軛運(yùn)算；步驟四，對(duì)Hadamard乘法處理后的序列進(jìn)行IFFT頻時(shí)域變換，得到2P+1個(gè)時(shí)域信號(hào) 序列，rp(n) =FhR' p(k)，其中，F(xiàn)表示傅立葉變換矩陣；步驟五，分別求出2P+1個(gè)時(shí)域信號(hào)序列的幅值，并找出這些信號(hào)幅值序列各自的最大 值，分別記作 Mp, Mp = argmax (| rp(n) |),-P ^ ρ ^ P ；步驟六，在2Ρ+1個(gè)最大值Mp中尋找最大的值Mpmax及其對(duì)應(yīng)的序號(hào)Pmax，-P彡P(guān)fflax彡P(guān)， Pfflax即為檢測(cè)得到的整數(shù)倍子載波頻偏對(duì)應(yīng)偏移的子載波個(gè)數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于步驟二中所采用的頻域訓(xùn)練序列可以 是OFDM系統(tǒng)中的同步符號(hào)，也可以是OFDM系統(tǒng)中的頻域?qū)ьl符號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于步驟二中所采用的載波個(gè)數(shù)P根據(jù)系 統(tǒng)所能糾正的最大頻偏范圍設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種魯棒的整數(shù)倍子載波頻偏的估計(jì)方法，利用OFDM系統(tǒng)中已知的頻域訓(xùn)練序列，利用接收信號(hào)和已知理想信號(hào)之間的互相關(guān)特性解擾得到信道頻域響應(yīng)，經(jīng)過(guò)時(shí)頻域變換之后，根據(jù)得到的信道時(shí)域脈沖響應(yīng)的幅值來(lái)判斷整數(shù)倍載波頻率偏差的偏移值。本發(fā)明可以充分復(fù)用OFDM系統(tǒng)中的FFT模塊，受多徑信道衰減的影響小，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判決準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，適用于具有訓(xùn)練序列的任何OFDM通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102006256SQ20091005787
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者朱華, 沈潛, 程鑫豪 申請(qǐng)人:卓勝微電子(上海)有限公司