專利名稱：高速移動環境下萊斯信道中多普勒頻偏估計與補償方法
技術領域：
本發明屬于通信領域，涉及正交頻分復用/正交頻分多址0FDM/0FDMA系統，具體地說是高速移動環境下0FDM/0FDMA系統中一種高精度的多普勒頻偏估計與補償方法，可用于減小多普勒頻偏帶來的系統性能損失。
背景技術：
隨著高速鐵路、高速公路的不斷建成、開通與使用，新一代移動通信系統需要與高速移動的用戶之間進行高速信息傳輸。同靜止狀態或低速狀態下的通信相比，高速移動狀態下的高速信息傳輸將面臨更多的困難。在高速移動環境下，由于移動終端具有高的移動速度，這將引入大的多普勒頻移。高速場景的無線傳播環境類似農村場景，反射體較少，直射路徑占優，因此這個大的多普勒頻移將會引起接收信號的直射LOS分量出現大的頻率偏移和散射分量發生快速變化，這將會導致系統性能嚴重下降。因此，克服大多普勒的影響是提高系統性能的關鍵。目前多普勒頻偏的估計與補償技術經常被用來減小多普勒頻移的影響，且已有許多專利文獻對該技術進行了研究，但是由于接收信號中帶有頻偏的LOS分量受到了散射分量的嚴重干擾，在高速移動環境下直接使用這些算法將不再能獲得高精度的頻偏估計值， 低估計精度的算法將導致系統性能下降。由于萊斯信道中LOS分量與散射分量上帶有不同的頻偏，即LOS分量上帶有1倍多普勒頻偏和散射分量上無多普勒頻偏的影響，這將使得萊斯信道中的多普勒頻偏的補償技術不同于傳統補償算法若補償后的多徑接收信號中 LOS分量具有很小的頻偏值與散射分量上具有較大的頻偏值，這將引起散射分量變化更加劇烈，使信道估計技術更具有挑戰性；若補償后的接收信號中LOS分量上具有較大的頻偏和散射分量上具有很小的頻偏值，這將使LOS分量占優的接收信號的性能嚴重下降。現有對多普勒頻偏估計與補償的算法大致可以分成兩大類一類是非數據輔助的方法，如基于循環前綴CP的頻偏估計算法；一類是數據輔助的算法，如基于導頻的算法和基于數據判決的算法等，這些算法都是首先通過一定的處理從接收信號中或獲取循環前綴信號或獲得導頻信號或得到判決數據信號，然后再對這些獲得的信號進行相關處理，從而得到頻偏估計值，最后利用這些頻偏估計值直接對多徑接收信號進行頻偏補償。這些算法適用的信道模型為有多普勒頻偏的信道模型。此種信道模型的第一徑服從萊斯分布，其他徑服從瑞利分布。根據文獻” Time-varying carrier offsets inmobile OFDM”，IEEE Trans, commun. , vol. 57,no. 9,Sept. 2009,S. Talbot,B. Farhang-Boroujeny, pp. 2790-2798 建立時變多普勒頻移萊斯衰落信道模型的方式，在此考慮LOS分量是一個帶有多普勒頻移的常數，和散射分量是帶有任意多普勒譜的復衰落過程。因此，第i子幀第m個符號周期上的第η個采樣接收信號可以表示為
權利要求
1. 一種高速移動環境下萊斯信道的多普勒頻偏估計與補償方法，包括(1)頻偏估計步驟(Ia)提取帶有直射分量LOS的徑首先，提取頻域接收信號中的正交頻分復用/正交頻分多址0FDM/0FDMA導頻符號，并利用該接收信號中的導頻符號和發送信號中的導頻符號進行信道估計，得到導頻位置頻域信道響應i/( V、)，其中mp為帶有導頻符號的標識，kp為導頻子載波位置的標識；其次，對導頻位置頻域信道響應進行內插，得到整個導頻符號上其他數據子載波上的信道頻域響應分(》vb)，并將當前帶有導頻符號的上的頻域信道響應估計值記為 H(mp,k)，其中kd為數據子載波位置的標識，k為系統占用的子載波位置的標識；再次，對頻域信道響應H{mp，k)進行IFFT變換處理，得到時域信道估計值
2.根據權利要求1所述的頻偏估計方法，其中步驟(Ia)所述的利用接收信號中的導頻符號和發送信號中的導頻符號進行信道估計，是利用如下公式進行 式中，mp為帶有導頻符號的標識，kp為導頻子載波位置的標識，Y(mp，kp)為位置Ovkp) 處的頻域接收信號，XOv kp)為位置Ov kp)處的頻域發送信號。
3.根據權利要求1所述的頻偏估計方法，其中步驟(Ia)所述的對導頻位置頻域信道響應進行內插，是指線性內插、高斯內插和Cubic內插中的任意一種。
4.根據權利要求3所述的頻偏估計方法，其中所述的線性內插，是通過如下公式進行 式中，//( V、)內插得出的數據子載波位置Ovkd)的頻域信道響應，mp為帶有導頻符號的標識，kp為導頻子載波位置的標識，kd為數據子載波位置的標識，Nf為兩個相鄰的導頻子載波間隔的子載波數，m取不同值使內插結果遍歷到所有的數據子載波位置，且m e [1Nf-I]，僉4 ，~)為位置(1V kP)處的信道估計值，分( ，、+ )為內插得到的位置K，kp+m)處的信道估計值，^( 入+義)為位置(mp，kp+Nf)處的信道估計值。
5.根據權利要求3所述的頻偏估計方法，其中所述的高斯內插，是通過如下公式進行 式中，//( V、)內插得出的數據子載波位置Ovkd)的頻域信道響應，mp為帶有導頻符號的標識，kp為導頻子載波位置的標識，kd為數據子載波位置的標識，Nf為相鄰的兩個導頻子載波間隔的載波數，m取不同值使內插結果遍歷所有的數據子載波位置，且me [1 Nf-I]， ,、+m)為內插得到的位置Ov kp+m)處的信道估計值， ,、)為位置Ov kp)處的信道估計值，I( 、+乂)為位置Ov kp+Nf)處的信道估計值，I( ，V義)為位置 Ov kp-Nf)處的信道估計值。
6.根據權利要求3所述的頻偏估計方法，其中所述的Cubic內插，是通過如下公式進
7. 一種高速移動環境下萊斯信道的多普勒頻偏估計與補償方法，包括1)頻偏估計步驟la)提取帶有LOS分量的徑對接收到的OFDM/OFDMA時域信號采用時域信道估計算法，得到時域信道估計值
8.根據權利要求7所述的頻偏估計方法，其中步驟la)所述的對接收到的0FDM/0FDMA 時域信號采用的時域信道估計算法，得到時域信道估計值，按如下步驟進行Ial)構建頻域發送矩陣XP = diag(X(mp, Ic1)，X(mp，k2)，…，X(mp，kp))，式中，mp 為帶有導頻符號的標識，kp為導頻子載波位置的標識，XOv kp)為位置Ov kp)處的頻域發送信號，diagO表示對角矩陣符號；la2)由頻域發送矩陣、構建中間數據矩陣AP = XpBFkM,式中，Fk為NXN單位離散時間傅里葉變換矩陣，N為傅里葉變換的長度，M為NXQ映射矩陣，M=，E為QXQ單位陣，Q為時域信道響應的最大多徑時延長度，F為(N-Q) XQ零矩陣，B為PXN矩陣，其每一行僅有一個非零值1，且第P行的非零值1位于第kp列，P為每個符號導頻子載波的個數；la3)構建頻域接收矩陣YP = [Y(mp，Ic1)，Y(mp，k2)，…，Y(mp，kp) ]τ，式中，Y(mp，kp)為位置(mp，kp)處的頻域接收信號，[]τ為轉置符號；la4)由Ap和Yp運算得到的時域信道響應1AfYp,式中，(Γ1為取逆符號， Oh為共軛轉置符號；la5)將時域信道響應Ih寫成各徑分離的形式為
全文摘要
本發明公開了一種高速移動環境下萊斯信道中多普勒頻偏估計與補償方法，主要解決現有技術中多普勒頻偏估計精度不高和非最佳倍數補償問題。其基本步驟為首先利用接收信號通過頻域信道估計算法或時域信道估計算法得到時域信道估計；再從時域信道估計中提取含有LOS分量的徑；然后利用該含有LOS分量的徑進行頻偏估計得到高精度的頻偏估計值，并通過最大化接收信號的信干比來確定最佳的頻偏補償倍數；最后對接收信號進行最佳頻偏補償，消除接收信號中多普勒頻偏的影響。本發明有效地減小了多普勒頻偏帶來的系統性能損失，可用于提高OFDM/OFDMA系統對多普勒頻偏的魯棒性。
文檔編號H04L25/02GK102404268SQ20111036637
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者任光亮, 張會寧, 楊麗花, 翟萬濤 申請人:西安電子科技大學