專利名稱：Ofdm系統(tǒng)中頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信領(lǐng)域中的OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)，特別涉及OFDM系統(tǒng)中一種低復(fù)雜度的載波頻率偏差與采樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
OFDM技術(shù)具有抗多徑能力強(qiáng)、頻譜利用率高的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，由于上下變頻的載波頻率不嚴(yán)格一致或接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成載波頻率偏差(簡(jiǎn)稱頻偏)，另外，由于接收機(jī)ADC與發(fā)射機(jī)DAC之間的時(shí)鐘號(hào)頻率存在偏差會(huì)造成米樣頻率偏差(簡(jiǎn)稱時(shí)偏)。頻偏和時(shí)偏(簡(jiǎn)稱時(shí)頻偏)會(huì)破壞 OFDM子載波間的正交性，產(chǎn)生子載波間干擾，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。因此，在OFDM系統(tǒng)接收機(jī)中，需要進(jìn)行精確的時(shí)頻偏估計(jì)與糾正。
在OFDM通信系統(tǒng)中，時(shí)頻偏的估計(jì)可以利用時(shí)域訓(xùn)練序列在時(shí)域進(jìn)行估計(jì)，也可以利用OFDM頻域子載波上的導(dǎo)頻符號(hào)在頻域進(jìn)行估計(jì)。然而現(xiàn)有的兩類估計(jì)算法中均存在兩個(gè)較大的缺點(diǎn)在有線通信系統(tǒng)或者其他移動(dòng)性不強(qiáng)的系統(tǒng)中，時(shí)頻偏通常是一個(gè)較為恒定的數(shù)值，而現(xiàn)有的兩類估計(jì)算法的估計(jì)精度取決于單次的估計(jì)結(jié)果，受噪聲干擾的影響較大，估計(jì)精度以及穩(wěn)定性較差；另外，現(xiàn)有的估計(jì)算法中通常會(huì)涉及大量的乘除運(yùn)算，硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有時(shí)頻偏估計(jì)算法的不足，提供了 OFDM系統(tǒng)中一種載波頻率偏差與米樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法，可有效提聞時(shí)頻偏估計(jì)的精度和穩(wěn)定性，同時(shí)算法的復(fù)雜度低，易于硬件實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案0FDM系統(tǒng)中載波頻率偏差和采樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法， 其步驟包括
I)在接收端選取N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到多路子載波，去除所述OFDM子載波中的調(diào)制信息，同時(shí)計(jì)算出去除調(diào)制信息后的子載波間相鄰兩個(gè)載波相位值；
2)根據(jù)任意相鄰兩個(gè)子載波上的相位值計(jì)算出相位旋轉(zhuǎn)得到集合一，在所述集合一中篩選出多個(gè)相位值并求和，得到第一相位和與第二相位和；所述第一相位和與第二相位和中相位旋轉(zhuǎn)值對(duì)稱選取；
3)根據(jù)第一相位和與第二相位和的關(guān)系，建立時(shí)偏標(biāo)識(shí)位與載波頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到頻偏估計(jì)值；或者建立頻偏標(biāo)識(shí)位與采樣頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到時(shí)偏估計(jì)值；
4)重復(fù)步驟I) -3)根據(jù)所述頻偏估計(jì)值和所述時(shí)偏估計(jì)值更新時(shí)頻估計(jì)值。
所述第一相位和Φ +和第二相位和Φ—的關(guān)系是若cj5+-cjr>2DCl，則時(shí)偏標(biāo)識(shí)位 Flag_T=+l ;若(^-(JnSDc1JlJFlagJ=-I ;g-2DCl 彡 Φ+-Φ-彡 2DCl，則 Flag_T=0 ;其中C1為常數(shù)，D是集合一中相位旋轉(zhuǎn)挑選出的子載波。
所述時(shí)偏標(biāo)識(shí)位與載波頻率偏差估計(jì)值關(guān)系為若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)+1，則時(shí)偏估計(jì)值η增加Skp_T，即η = η +Step_T ;若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)-I，則時(shí)偏估計(jì)值η 減少Step_T,即η = n_Step_T,所述Step_T為時(shí)偏估計(jì)值調(diào)整步進(jìn)。
所述第一相位和Φ+和第二相位和Φ—的關(guān)系是若Φ++Φ_>2Μ( 2，其中C2為常數(shù)，則頻偏標(biāo)識(shí)位 Flag_F=+l ;若 Φ++φ-〈-2Μ(2，則 Flag_F=_l ;若 _2Mc2 ( Φ++Φ_ 彡 2Mc2， Flag_F=0 ；
所述頻偏標(biāo)識(shí)位與采樣頻率偏差估計(jì)值關(guān)系為若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)+1，則頻偏估計(jì)值λ增加Step_F,即λ = λ +Step_F ;若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)_1，則頻偏估計(jì)值入減少Step_F,即λ = λ -Step_F,所述Step_F為頻偏估計(jì)值的調(diào)整步進(jìn)；頻偏估計(jì)值增加或者減少的過(guò)程即為頻偏估計(jì)的過(guò)程。
更進(jìn)一步，去除所述OFDM子載波中的調(diào)制信息的方法為通過(guò)發(fā)送導(dǎo)頻信息，利用接收機(jī)存儲(chǔ)的導(dǎo)頻序列對(duì)調(diào)制信息進(jìn)行去除；或者通過(guò)判決反饋方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除；或者通過(guò)求冪的方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除。
更進(jìn)一步，所述集合一中篩選出多個(gè)相位值時(shí)子載波信噪比大于設(shè)定門限時(shí)。
更進(jìn)一步，所述集合一中相位旋轉(zhuǎn)挑選出的子載波D，若挑選出子載波結(jié)果不變化，則不進(jìn)行迭代運(yùn)算·。
更進(jìn)一步，所述常數(shù)C1、C2決定時(shí)頻偏估計(jì)的精度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明提出了一種OFDM系統(tǒng)中載波頻率偏差與采樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法。 該方法在接收端頻域內(nèi)對(duì)載波頻率偏差和采樣頻率偏差進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，本方法通過(guò)多次地對(duì)時(shí)頻偏進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)每次估計(jì)結(jié)果對(duì)時(shí)頻偏估計(jì)值做步進(jìn)調(diào)整，提高了估計(jì)的穩(wěn)定性和精度，另外，本方法中的估計(jì)過(guò)程所需的乘除法較少，復(fù)雜度低，便于硬件實(shí)現(xiàn)。


圖I本發(fā)明載波頻率偏差與采樣頻率偏差聯(lián)合估計(jì)的系統(tǒng)框圖2本發(fā)明中采樣頻率偏差估計(jì)值的更新過(guò)程流程圖3本發(fā)明中載波頻率偏差估計(jì)值的更新過(guò)程流程圖4本發(fā)明一實(shí)例的仿真效果圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明一實(shí)施例中提供了一種OFDM系統(tǒng)中的載波頻率偏差與采樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法，其步驟具體包括
I)在接收端N點(diǎn)進(jìn)行FFT變換操作，即實(shí)現(xiàn)OFDM解調(diào)，去除每個(gè)(或部分)0FDM子載波攜帶的調(diào)制信息，并計(jì)算其相位值，得到{ Θ l k}，其中I代表子載波中第I個(gè)OFDM子載NNNN 波，k代表第k個(gè)OFDM子載波，-v Ucv-I，-: Skv-I5N代表隨機(jī)取樣點(diǎn)2 2 2 2
2)計(jì)算由于時(shí)頻偏引起的相位旋轉(zhuǎn),得到其中;
3)按照特定的挑選準(zhǔn)則，在{ Φ,}且k>0的集合中挑選出M個(gè)相位值并對(duì)挑選出的相位求和，記作小+;在{(^}且k〈0的集合中對(duì)稱地挑選出M 個(gè)相位值彳么，次i2，…，次&丨，并對(duì)挑選出的相位求和，記作
4)若cj5+-(jr>2DCl，其中ClS常數(shù)，D = ki+k2. ..+kM，是步驟3)挑選出來(lái)的子載波，則時(shí)偏標(biāo)識(shí)位 Flag_T=+l ;若 Φ+-φΧ-2 ο1；^ Flag_T=_l ;若 _2DCl ( Φ+-Φ—彡 2Dc1; Flag—T=O ；
5)若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)+1，則時(shí)偏估計(jì)值η增加Skp_T，即η = η +Step_T ； 若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)-1，則時(shí)偏估計(jì)值η減少Skp_T，即η = η -Step_T,所述Skp_T 為時(shí)偏估計(jì)值的調(diào)整步進(jìn)；時(shí)偏估計(jì)值增加或者減少的過(guò)程即為時(shí)偏估計(jì)的過(guò)程。
6)若 Φ ++ Φ _>2Mc2，其中 C2 為常數(shù)，則頻偏標(biāo)識(shí)位 Flag_F=+l ;若 Φ ++ Φ _〈-2Mc2，則 Flag_F=-l ;若 _2Mc2 ^ φ++ φ ^ ^ 2Mc2, Flag_F=0 ；
7)若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)+1,則頻偏估計(jì)值λ增加Step_F, [!卩λ = λ+Step_F ; 若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)-I，則頻偏估計(jì)值λ減少Step_F,即λ = λ -Step_F,所述Step_F 為頻偏估計(jì)值的調(diào)整步進(jìn)；頻偏估計(jì)值增加或者減少的過(guò)程即為頻偏估計(jì)的過(guò)程。
8)重復(fù)步驟I)到7)，不斷更新時(shí)頻偏估計(jì)值。
進(jìn)一步，所述步驟I)中去除調(diào)制信息的方法可以有多種通過(guò)發(fā)送導(dǎo)頻的方法， 利用接收機(jī)存儲(chǔ)的導(dǎo)頻序列進(jìn)行調(diào)制信息的去除；通過(guò)判決反饋的方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除；利用其它方法，如調(diào)制信息的橫包絡(luò)特性，通過(guò)求冪的方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除。
在本發(fā)明一實(shí)施例中所述步驟3)中挑選相位的準(zhǔn)則可以利用子載波信噪比為準(zhǔn)則，只有子載波信噪比大于特定門限時(shí)，才能夠被選中。
在本發(fā)明一實(shí)施例中所述步驟4)中D的計(jì)算不必每次迭代過(guò)程中均運(yùn)行，若迭代過(guò)程中，步驟3)中的選擇結(jié)果不變，則D不必重復(fù)計(jì)算，這樣可以降低運(yùn)算量。
在本發(fā)明一實(shí)施例中所述步驟4)和6)中常數(shù)C1和C2決定了系統(tǒng)中時(shí)頻偏估計(jì)的精度，實(shí)用時(shí)需安裝系統(tǒng)做合理的選擇。
在本發(fā)明一實(shí)施例中所述步驟5)和7)中時(shí)頻和頻偏的估計(jì)值的初始值通常可設(shè)為O。同時(shí)，為了加快時(shí)頻偏的估計(jì)速度，可以增加一個(gè)大步進(jìn)的調(diào)整，以步驟5)時(shí)頻的調(diào)整為例，該大步進(jìn)調(diào)整為若Flag_T連續(xù)Li次(L' >L)出現(xiàn)+1，則時(shí)偏估計(jì)值增加(Step_ T' >Skp_T)，即n=n+Skp_T' ;gFlag_T連續(xù)L'次出現(xiàn)-1，則時(shí)偏估計(jì)值減少Skp_ T'，即 。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
如圖I所示，一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施系統(tǒng)包括時(shí)頻偏糾正模塊1，F(xiàn)FT模塊2，去調(diào)制信息模塊3，求相位模塊4，計(jì)算Φ +和Φ —模塊5，門限判決模塊6以及時(shí)頻偏估計(jì)值更新模塊7。
該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程為
I)時(shí)頻偏糾正模塊I根據(jù)時(shí)頻偏估計(jì)值更新模塊7提供的時(shí)頻偏估計(jì)結(jié)果對(duì)輸入信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行時(shí)頻偏糾正。初始時(shí)，時(shí)頻偏估計(jì)值為O ;
2) FFT模塊2將輸入信號(hào)變換到頻域，實(shí)現(xiàn)OFDM信號(hào)解調(diào)。FFT點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)，即該OFDM系統(tǒng)含有256個(gè)子載波；
3)根據(jù)系統(tǒng)中含有特殊的OFDM符號(hào)，即子載波采用了 DQPSK調(diào)制，去調(diào)制信息模塊3將模塊2輸出的頻域信號(hào)4次方去除調(diào)制信息；5
4)求相位模塊4對(duì)模塊3的輸出求相位并除以4，然后將前后兩個(gè)相鄰OFDM的相位相減，求解時(shí)頻偏引起的相位旋轉(zhuǎn)；
5)模塊5對(duì)模塊4輸出的相位值選點(diǎn)，正負(fù)子載波各挑選32個(gè)子載波,分別求和得到Φ +和Φ ；
6)門限判決模塊6對(duì)Φ +和Φ —進(jìn)行相減和相加，并將結(jié)果與門限做比較，得到時(shí)頻偏的標(biāo)示位Flag_T以及Flag_F ；
7)時(shí)頻偏估計(jì)值模塊7更新模塊根據(jù)Flag_T以及Flag_F調(diào)整時(shí)頻偏估計(jì)值。
具體的，上述時(shí)偏估計(jì)值的更新過(guò)程如圖2所示，頻偏估計(jì)值的更新過(guò)程如圖3所示。由于兩者過(guò)程相似，以時(shí)偏的調(diào)整過(guò)程為例，(圖3為頻偏調(diào)整過(guò)程，不再進(jìn)行說(shuō)明) Flag_T (-1，O, +1信號(hào))分別輸入到長(zhǎng)短兩個(gè)移位寄存器；長(zhǎng)移位寄存器長(zhǎng)度為15，對(duì)該移位器求和，若求和結(jié)果為15，則說(shuō)明連續(xù)輸入了 15個(gè)+1，此時(shí)對(duì)時(shí)偏估計(jì)值加上一個(gè)大步進(jìn)20ppm，若求和結(jié)果為-15，則說(shuō)明連續(xù)輸入了 15個(gè)-1，此時(shí)對(duì)時(shí)偏估計(jì)值減去20ppm ;短移位寄存器長(zhǎng)度為5，對(duì)該移位器求和，若求和結(jié)果為5，則說(shuō)明連續(xù)輸入了 5個(gè)+1，此時(shí)對(duì)時(shí)偏估計(jì)值加上一個(gè)小步進(jìn)4ppm，若求和結(jié)果為-5，則說(shuō)明連續(xù)輸入了 5個(gè)-1，此時(shí)對(duì)時(shí)偏估計(jì)值減去4ppm ;其他情況時(shí),時(shí)頻估計(jì)值不變。
圖4給出了本實(shí)例的仿真效果圖，OFDM各個(gè)子載波調(diào)制方式為256QAM，其中系統(tǒng)中存在O. 4的相對(duì)頻偏，50ppm的相對(duì)時(shí)偏。其中(a)圖為未進(jìn)行時(shí)頻偏估計(jì)的星座圖，由于受到時(shí)頻偏的影響各星座點(diǎn)雜亂無(wú)序，(b)圖為經(jīng)過(guò)本實(shí)例中的時(shí)頻偏估計(jì)以及糾正之后的星座圖，可以看出本方法能夠很好的對(duì)時(shí)頻偏進(jìn)行估計(jì)，去除時(shí)頻偏對(duì)系統(tǒng)的不良影響。
以上通過(guò)詳細(xì)實(shí)施例描述了本發(fā)明所提供的OFDM系統(tǒng)的載波頻率偏差與采樣頻率偏差的聯(lián)合估計(jì)方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實(shí)施例中所公開(kāi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.OFDM系統(tǒng)中頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其步驟包括1)在接收端選取N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到多路子載波，去除所述OFDM子載波中的調(diào)制信息，同時(shí)計(jì)算出去除調(diào)制信息后的子載波間相鄰兩個(gè)載波相位值；2)根據(jù)任意相鄰兩個(gè)子載波上的相位值計(jì)算出相位旋轉(zhuǎn)得到集合一，在所述集合一中篩選出多個(gè)相位值并求和，得到第一相位和與第二相位和；所述第一相位和與第二相位和中相位旋轉(zhuǎn)值對(duì)稱選取；3)根據(jù)第一相位和與第二相位和的關(guān)系，建立時(shí)偏標(biāo)識(shí)位與載波頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到頻偏估計(jì)值；或者建立頻偏標(biāo)識(shí)位與采樣頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到時(shí)偏估計(jì)值；4)重復(fù)步驟I)-3)根據(jù)所述頻偏估計(jì)值和所述時(shí)偏估計(jì)值更新時(shí)頻估計(jì)值。
2.如權(quán)利要求I所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述第一相位和Φ+ 和第_■相位和Φ的關(guān)系是若Φ+_ Φ UDc1,則時(shí)偏標(biāo)識(shí)位Flag_T=+l ;若Φ - Φ〈-2DC” 則Flag_T=-l ;若-2DCl ( Φ+-Φ —彡2DCl，則Flag_T=0 ;其中C1為常數(shù)，D是集合一中相位旋轉(zhuǎn)挑選出的子載波。
3.如權(quán)利要求I或2所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述時(shí)偏標(biāo)識(shí)位與載波頻率偏差估計(jì)值關(guān)系為若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)+1，則時(shí)偏估計(jì)值η增加 Step_T,即η = n+Skp_T ;若Flag_T連續(xù)L次出現(xiàn)-1，則時(shí)偏估計(jì)值η減少Skp_T，即 n= n_Step_T,所述Step_T為時(shí)偏估計(jì)值調(diào)整步進(jìn)。
4.如權(quán)利要求I所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述第一相位和Φ+ 和第二相位和Φ_的關(guān)系是若Φ++Φ_>2Μ(32，其中C2為常數(shù)，則頻偏標(biāo)識(shí)位Flag_F=+l ;若小++<^〈-2皿。2，則 Flag_F=-l ;若 _2Mc2 ( Φ++ Φ2Mc2, Flag_F=0。
5.如權(quán)利要求I或4所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述頻偏標(biāo)識(shí)位與采樣頻率偏差估計(jì)值關(guān)系為若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)+1，則頻偏估計(jì)值λ增加 Step_F,即λ = λ +Step_F ;若Flag_F連續(xù)L次出現(xiàn)-I，則頻偏估計(jì)值λ減少Step_F,即 λ = λ -Step_F,所述Step_F為頻偏估計(jì)值的調(diào)整步進(jìn)；頻偏估計(jì)值增加或者減少的過(guò)程即為頻偏估計(jì)的過(guò)程。
6.如權(quán)利要求I所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，去除所述OFDM子載波中的調(diào)制信息的方法為通過(guò)發(fā)送導(dǎo)頻信息，利用接收機(jī)存儲(chǔ)的導(dǎo)頻序列對(duì)調(diào)制信息進(jìn)行去除；或者通過(guò)判決反饋方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除；或者通過(guò)求冪的方法進(jìn)行調(diào)制信息的去除。
7.如權(quán)利要求I所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述集合一中篩選出多個(gè)相位值時(shí)子載波信噪比大于設(shè)定門限。
8.如權(quán)利要求2或4所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述集合一中相位旋轉(zhuǎn)挑選出的子載波D，若挑選出子載波結(jié)果不變化，則不進(jìn)行迭代運(yùn)算。
9.如權(quán)利要求2所述的頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其特征在于，所述常數(shù)ci、c2決定時(shí)頻偏估計(jì)的精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種OFDM系統(tǒng)中頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)方法，其步驟包括1)在接收端計(jì)算出去除調(diào)制信息后的子載波間相鄰兩個(gè)載波相位值；2)根據(jù)任意相鄰兩個(gè)子載波上的相位值計(jì)算出相位旋轉(zhuǎn)得到集合一，在集合一中篩選出多個(gè)相位值并求和，得到第一相位和與第二相位和；3)根據(jù)第一相位和與第二相位和的關(guān)系，建立時(shí)偏標(biāo)識(shí)位與載波頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到頻偏估計(jì)值；或者建立頻偏標(biāo)識(shí)位與采樣頻率偏差估計(jì)值關(guān)系，得到時(shí)偏估計(jì)值；4)重復(fù)步驟1)—3)根據(jù)頻偏估計(jì)值和時(shí)偏估計(jì)值更新時(shí)頻估計(jì)值。通過(guò)多次地對(duì)時(shí)頻偏進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)每次估計(jì)結(jié)果對(duì)時(shí)頻偏估計(jì)值做步進(jìn)調(diào)整，提高了估計(jì)的穩(wěn)定性和精度。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102946372SQ201210333458
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者趙輝, 費(fèi)永強(qiáng), 張 誠(chéng), 趙玉萍, 李斗, 李紅濱 申請(qǐng)人:北京大學(xué)