[發明專利]針對高速環境下OFDM系統頻偏的測量方法及用途、測量裝置

在審

• 申請號: 201710582783.2
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107623650A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 熊軍;郭曉峰;夏傳榮;王立新
• 申請（專利權）人: 西安宇飛電子技術有限公司
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L27/26
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙)11504
• 代理人: 宋林清

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及針對高速環境下OFDM系統頻偏的測量方法及用途、測量裝置。

背景技術

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，實際上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多載波調制的一種。OFDM 的基本原理是將高速的數據流分解為N個并行的低速數據流，在N個子載波上同時進行傳輸。

頻率偏移估計，簡稱頻偏估計。頻率偏移是由收發設備的本地載頻之間的偏差、信道的多普勒頻移等引起的，由子載波間隔的整數倍偏移和子載波間隔的小數倍偏移構成。子載波間隔的整數倍不會引起ICI，抽樣點仍在定點，但是解調出來的信息符號的錯誤概率為50％，子載波間隔的小數倍的偏移由于抽樣點不在頂點，破壞了子載波之間的正交性由此引起了ICI。Moose給出ICI 和AWGN情況下有效信噪比的下界，

如果要獲得有效信噪比是30dB或更高，則頻率偏移相對于子載波間隔的歸一化值|ε|≤1.3×10^-2，這說明即使很小的頻率偏移也會帶來較大的性能損失。測量模塊中的頻偏估計是在小區初搜之后對頻偏的校準過程，在小區初搜過程中，對晶振和多普勒擴展引入的大范圍頻偏進行了校準，在小區初搜完成之后，可以將頻偏控制在1KHZ內；在測量模塊中繼續進行頻偏校準，以保證UE的頻偏始終控制在1KHZ內。

頻偏會引起OFDM各個子載波之間干擾，減小有效信號功率，所以必須將系統的頻偏限制在允許的范圍內。頻偏的產生主要有晶陣振蕩漂移和多普勒頻偏構成。根據目前器件特性，晶陣頻偏在3ppm左右，在載頻為2G的時候約為6KHz；多普勒頻移可以根據UE移動速度計算，在350Km/h時，最大多普勒頻移是648Hz。可見，其中晶陣頻移是主要的因素。但是如果是高速運動的飛行器，存在猛烈的上升或者下降達到3500Km/h時，最大多普勒頻移是 6.48KHz。

小區初搜算法的粗調入口是5KHz，精調目標是0.1ppm，為200Hz。對于 OFDM系統，也可以認為晶陣頻偏是在6KHz左右，而OFDM系統的頻偏調整目標要通過下面的分析和仿真來確定。

頻率偏移對系統性能影響作的分析：

由于載波頻率偏差Δf_c破壞了各載波之間的正交性，使得信號的幅度也發生了變化，帶來了信噪比的下降。

設原信噪比為Es/N0，帶有頻偏的信噪比推導為：

則頻偏信噪比為

可以計算信噪比的損失為：

曲線如圖1所示：在N＝128，fs＝1.92M的情況下，當Es/N0＝25dB時，頻偏系數NΔf_cT_s＝0.01，即時，信噪比損失為0.43dB。可以認為，頻偏調整的目標為Δf_c≤0.01·ΔF。

在現有技術中，粗頻偏的計算步驟，包括：第一步，計算同步序列前后兩段的共軛相關值，同步序列前后兩段的共軛相關值按照以下公式計算：

其中，r₁(k)為接收的同步序列前段，r₂(k)為接收的同步序列后段，接收信號r＝[r₁，r₂]，Δf為頻偏，L為時間間隔，T_s為采樣時間；和第二步，根據共軛相關值R計算粗頻偏

然而，以上現有技術計算的粗頻偏不準確。

因此，需要針對高速環境下OFDM系統頻偏的測量方法及用途、測量裝置，其提供準確的粗頻偏，并通過信噪比判斷是否滿足繼續進行頻偏測量的依據，極大地增強了目標頻偏的準確性。

發明內容

根據本發明的一個方面，本發明提供的針對高速環境下OFDM系統頻偏的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：S110，接收同步信號；S120，根據同步信號的相鄰兩段序列的相位差計算粗頻偏Δf_coarse；S130，獲取導頻，導頻變換到時域，以獲取當前的信噪比；S140，信噪比大于門限；S150，獲取常規時隙下多個符號的導頻，并通過多個符號的導頻重復相關進行精頻偏Δf_offset的測量；S160，計算目標頻偏Δf_all＝Δf_coarse+Δf_offset。