[發(fā)明專利]一種聯(lián)合估計(jì)載波頻偏的頻率同步方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210530254.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102970271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧繼華;鄭建勇;安建平;卜祥元;劉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聯(lián)合估計(jì)載波頻偏的頻率同步方法，屬于無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著軍用和民用無(wú)線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，OFDM技術(shù)結(jié)合多天線技術(shù)的物理層構(gòu)架能夠?qū)崿F(xiàn)高頻譜效率、高速寬帶無(wú)線傳輸。數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸速率可以高達(dá)100Mbps以上，并隨著天線數(shù)的增加及無(wú)線移動(dòng)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的日益改進(jìn)，信號(hào)的覆蓋效果也越來(lái)越好。通過(guò)在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實(shí)現(xiàn)空間分集，使無(wú)線系統(tǒng)對(duì)噪聲、干擾、多徑的容限大大增加，使得無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸速率大幅提升，目前可以檢索到的軍用或民用無(wú)線通信系統(tǒng)的理論物理層峰值速率可高達(dá)幾百M(fèi)bps。另外，由于近年來(lái)波束賦形技術(shù)的飛速發(fā)展，各種無(wú)線系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋范圍也明顯增加。通過(guò)波束賦形，發(fā)射天線可將信號(hào)主瓣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)用戶，一方面可提高目標(biāo)用戶在接收端獲得的信噪比，從而可增大覆蓋范圍；另一方面可以減小對(duì)其它用戶對(duì)系統(tǒng)的干擾，提高了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量。同步是無(wú)線通信系統(tǒng)接收機(jī)的一項(xiàng)重要任務(wù)，其性能關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的性能，因此必須盡可能地提高同步的可靠性和精確性。頻率同步使接收到的載波頻率與發(fā)送的載波頻率保持一致。在無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了恢復(fù)發(fā)送信息，必須對(duì)解調(diào)器的輸出進(jìn)行周期性的采樣。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)接收機(jī)還需要提取一個(gè)與發(fā)射載波同頻同相的載波。由于OFDM符號(hào)由多個(gè)正交子載波疊加構(gòu)成，保持正交性是至關(guān)重要的，因此頻率同步的精度必須很高。

2003年電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)“一種利用PN序列的OFDM頻率同步”闡述了基于PN前導(dǎo)序列進(jìn)行頻率同步，此算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但精度不夠高。

2008年9月應(yīng)用科技雜志“基于CAZAC序列的OFDM同步算法”，分別闡述了基于具有恒包絡(luò)自相關(guān)特性的前導(dǎo)序列進(jìn)行頻率同步，并且前導(dǎo)序列是重復(fù)的訓(xùn)練序列，其優(yōu)勢(shì)在于不易受頻率偏差注入噪聲的影響，但沒(méi)有結(jié)合多天線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不適用于多天線MIMO系統(tǒng)中。

2008年申請(qǐng)?zhí)朇N101309248A，題為“使用于OFDM通信系統(tǒng)的頻率同步方法及裝置”的專利，針對(duì)OFDM系統(tǒng)給出了一種OFDM通信系統(tǒng)的頻率同步方法和頻偏同步裝置，雖可在數(shù)字域上補(bǔ)償頻偏且消除了虛載波和FFT點(diǎn)數(shù)不是子載波間隔整數(shù)倍對(duì)時(shí)域周期性的影響，但未結(jié)合多天線技術(shù)，且估計(jì)載波頻偏精度不高。

2009年浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文“基于802.11n無(wú)線局域網(wǎng)的同步技術(shù)研究”中針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給出了一種改進(jìn)的頻率同步算法，雖與傳統(tǒng)頻率同步方法相比能夠減小頻偏估計(jì)的均方誤差，但是具有同步精度偏低的缺點(diǎn)。

2012年申請(qǐng)?zhí)朇N102546514A，題為“OFDM系統(tǒng)頻率同步的方法和設(shè)備”的專利，針對(duì)OFDM系統(tǒng)提出了利用數(shù)字鎖相環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)載波頻偏和采樣頻偏的聯(lián)合估計(jì)，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度且提高了估計(jì)精度，但同樣不適合于多天線MIMO系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提高現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)的頻率同步精度，在傳統(tǒng)頻率同步基礎(chǔ)上，提出一種基于粗頻率同步和精頻率同步的聯(lián)合估計(jì)載波頻偏的頻率同步方法。

定義OFDM系統(tǒng)中用于同步的特殊字段包含短訓(xùn)練字段和長(zhǎng)訓(xùn)練字段。其中短訓(xùn)練字段包括自相關(guān)性強(qiáng)、互相關(guān)性弱的偽隨機(jī)序列及其循環(huán)前綴；長(zhǎng)訓(xùn)練字段包含循環(huán)前綴（Cyclic?Prefix，CP）和長(zhǎng)訓(xùn)練序列1、長(zhǎng)訓(xùn)練序列2；兩個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練序列頻域響應(yīng)相同，且均為恒包絡(luò)零自相關(guān)序列，能采用Zadoff-Chu、或者Frank、或者Golomb多項(xiàng)序列、或者Chirp序列。

一種聯(lián)合估計(jì)載波頻偏的頻率同步方法，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：利用短訓(xùn)練字段進(jìn)行粗頻率同步以糾正整數(shù)倍頻偏并基于粗頻率同步結(jié)果進(jìn)行頻偏補(bǔ)償；再利用頻偏補(bǔ)償后的信號(hào)以及長(zhǎng)訓(xùn)練字段，結(jié)合分段相關(guān)算法進(jìn)行頻率估計(jì)得載波頻偏1；再基于MMSE準(zhǔn)則得載波頻偏2；進(jìn)一步基于均方誤差準(zhǔn)則得載波頻偏3。最后基于載波頻偏3即精頻偏估計(jì)的結(jié)果，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行頻偏糾正，大大降低了無(wú)線系統(tǒng)同步均方誤差，有效提高了同步精度。

本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)送天線數(shù)為S(S≥1的整數(shù))，接收天線數(shù)為R(R≥1的整數(shù))。對(duì)系統(tǒng)接收端的每一條接收鏈路收到的短訓(xùn)練字段做相關(guān)運(yùn)算。

設(shè)第k條(k=1,2，...,R)接收鏈路收到的信號(hào)為r_{k_all}(n)={r_k(n)，r_{k_d}(n)}。