[發(fā)明專利]一種基于子載波間幅值積的OFDM頻偏估計方法

有效

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• 申請日: 2017-09-02
• 公開（公告）號: CN107454032B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 辜方林;魏急波;唐麒;王建;熊俊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學;湖南智領通信科技有限公司
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種基于子載波間幅值積的OFDM頻偏估計方法。通過建立基于子載波間幅值積的代價函數(shù)，利用代價函數(shù)具有偶函數(shù)、周期性的特點，采用余弦函數(shù)擬合代價函數(shù)，進而實現(xiàn)載波頻偏的精確估計。本方法具有很好的魯棒性和估計精度，能夠很好的解決OFDM系統(tǒng)低信噪比條件下的載波頻偏估計問題。

技術領域

本發(fā)明屬于移動通信系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種OFDM系統(tǒng)的頻偏估計方法。

背景技術

在無線通信技術方案中，OFDM技術作為一種多載波傳輸技術，它通過串并變換和IFFT變換將高速數(shù)據(jù)序列分為N路傳輸并相互正交的低速子序列，降低了收發(fā)信機的設計和實現(xiàn)難度。同時，OFDM技術通過子載波之間相互混疊并保持相互正交的特性，從而具備較高的頻譜利用率。因此，OFDM技術越來越受到人們的青睞并已被廣泛應用于很多通信標準。

同步作為通信系統(tǒng)中接收端的關鍵技術之一，是影響系統(tǒng)解調(diào)性能的重要因素。特別的，隨著Turbo、LDPC等能夠逼近Shannon限的高性能編譯碼技術的發(fā)展，系統(tǒng)正常工作要求的信噪比很低，此時，往往是同步模塊的工作指標比較差，同步技術成為了制約系統(tǒng)性能的瓶頸。因此，低信噪比條件下的同步技術仍是需要深入研究的內(nèi)容。OFDM系統(tǒng)中的同步技術重點需要考慮符號定時同步和載波同步。符號定時同步在于接收端獲得相同的發(fā)端符號周期序列，以便能夠確定FFT窗函數(shù)正確起始位置。在基于循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)中，當循環(huán)前綴的長度大于最大時延擴展，需要符號定時準確同步在循環(huán)前綴內(nèi)，才能夠防止符號間干擾(inter-symbol interference,ISI)和相應的子載波間干擾(inter-carrierinterference,ICI)的影響。另一方面，由于發(fā)射機和接收機的晶體振蕩器不匹配及其所產(chǎn)生的漂移，會使得收發(fā)兩端載波頻率無法達到同頻同相，OFDM系統(tǒng)中存在載波頻率偏移(carrier-frequency offset,CFO)干擾。CFO的存在會使子載波之間的正交性丟失，產(chǎn)生嚴重的載波間干擾，而且由于CFO所帶來的ICI會使得OFDM系統(tǒng)不管如何加大發(fā)射功率，也無法對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生顯著的變化，即產(chǎn)生“地板效應”。

基于重復訓練序列結構的峰值檢測同步方法能夠很好的解決符號定時同步的問題，但是基于該方法的頻偏估計方法在低信噪比條件下的并不能取得很好的效果。因此，如何準確地進行載波頻率同步，減少ICI對解調(diào)性能的影響，特別是低信噪比條件下的載波頻率同步是發(fā)揮OFDM系統(tǒng)性能的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容

傳統(tǒng)的基于重復結構訓練序列的同步方法通過相關峰峰值檢測能夠很好的解決符號定時同步問題，但是基于該方法的載波頻偏估計方法在低信噪比條件下不能取得很好的頻偏估計效果。本發(fā)明通過建立基于子載波間幅值積的代價函數(shù)，利用代價函數(shù)具有偶函數(shù)、周期性的特點，采用余弦函數(shù)擬合代價函數(shù)，進而實現(xiàn)載波頻偏的精確估計；本方法具體如下：

首先，分析載波頻率偏差對OFDM系統(tǒng)性能的影響。假設已經(jīng)實現(xiàn)準確符號定時同步，令ε為歸一化CFO，則ε表示為CFOf_offset與子載波間隔Δf的比值

對于時域信號x[n]，ε大小的CFO會引起2πnε大小的相位偏差，且相位偏差與載波頻偏ε和n成正比。此時，從頻域來看，第l個OFDM符號第k個子載波的接收信號Y_l[k]可以表示為

其中，x_l[n]表示第l個OFDM符號的第n個子載波樣值，x_l[k]表示第l個OFDM符號的第k個子載波樣值，k不等于n；H_l[n]表示第l個OFDM符號第n個子載波的信道響應，H_l[k]表示第l個OFDM符號第k個子載波的信道響應；N表示IFFT/FFT的點數(shù)，j表示

這相當于在頻域信號Y[k]上產(chǎn)生了-ε的頻差，頻差的存在使得各子載波之間的正交性遭到破壞，而且信號的幅度也相應的產(chǎn)生了變化，造成了信噪比的下降。