基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法
2023-05-27 07:52:06
專利名稱：基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法
技術領域：
本發明是一種應用於OFDM(正交頻分復用)系統及其它分塊傳輸系統的頻率同步方法，屬於移動通信中的同步技術領域。
背景技術：
頻率同步是移動通信系統能正常通信的前提。為了能夠支持高速數據業務，未來移動通信系統將是寬帶、多(收、發)天線的系統，而OFDM是未來移動通信系統的重要候選方案。對於未來移動無線通信來說，寬帶無線信道的時變特性會對載波頻率產生影響，使其發生偏移，從而破壞OFDM系統內子載波之間的正交性。與單載波系統相比，OFDM系統對載波頻偏更為敏感，如何減少子載波間幹擾ICI對系統性能的影響，是OFDM系統能得到廣泛應用的前提之一。傳統的頻率同步方法都是或者基於頻域訓練序列或者基於時域訓練序列來對載波頻偏進行估計的，它們都有這樣那樣的缺點不適合分組數據傳輸、負載過高、捕獲範圍小、不能抗多徑、估計性能不理想、計算複雜度高。
發明內容
技術問題本發明的目的是克服以上缺點，提供一種參數可調的異種間距頻域訓練序列結構，並據此進一步提供一種快速可靠、負載比較小、捕獲範圍大、可以抗多徑效應、估計精度高、實現複雜度低、既適於連續數據傳輸又適於分組數據傳輸的基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法。
技術方案 本發明的參數可調的異種間距頻域訓練序列結構，主要由包含MD個不等間距導頻的不等間距頻域序列和包含MU個等間距導頻的等間距頻域序列組成；為了對抗ISI(符號間幹擾)，在該種訓練序列前面插入了長度為Ng的循環前綴。在整個訓練序列能量ξ恆定(ξ＝M)的約束條件下，不等間距頻域序列與等間距頻域序列兩者能量ξ1、ξ2的比值，即ξ1∶ξ2＝α，可以調節；同時，整個序列的長度M、兩部分序列中所包含的頻域序列的個數MD和MU也都是可調的。通過選取適當的參數，可以使相應的頻偏估計器獲得不同的性能，從而可以應用到不同的無線移動場景中。
本發明的基於參數可調的異種間距頻域訓練序列的載波頻偏估計方法為(1) 根據接收的時域序列作粗頻偏估計，並得到相應的頻域序列；(2) 將上述頻域序列所包含的不等間距序列及鄰近子載波置零；(3) 將(2)所得到的頻域序列變換到時域作粗頻偏校正；(4) 根據上述經過粗頻偏校正後的時域序列作細頻偏估計；(5) 將估計出的粗頻偏值和細頻偏值相加，得到總的頻偏估計值。
其中，基於接收的時域序列作粗頻偏估計的方法，其具體實現步驟為(1)根據接收的時域序列計算其周期圖；(2)對相應周期圖用冒泡法作峰值幅度搜索；(3)根據查找表確定所找到的峰值導頻在集合{dk}0MD-1中的索引值；(4)計算所找到的峰值頻域導頻的偏移量並將其歸一化到N，從而確定粗頻偏估計值。
其中，集合{dk}0MD-1表示異種間距頻域訓練序列中MD個不等間距導頻的索引值；N是一個OFDM符號所包含的子載波的個數。
所述的查找表，其存儲內容如下
其中，d0，d1，…，dMD-1為異種間距頻域訓練序列中MD個不等間距導頻的索引值。
有益效果1、引入異種間距頻域訓練序列的概念，充分利用了不等間距頻域序列和等間距頻域序列各自的優點，從而可以獲得最優的估計性能。
2、採用查找表，充分利用不等能量異種間距頻域訓練序列的結構特點，提高了粗頻偏估計的正確概率，極大的減少了完成粗頻偏估計的時間消耗；而通過採用循環正交時域序列所獲得的等間距頻域序列也極大的改善了細頻偏估計算法的精度。
3、根據實際載波頻偏大小及具體應用場景的不同，選取長度不同的頻域訓練序列，從而獲得最優的負載性能折衷權衡。
本發明提出的頻偏估計算法能用於任何分塊傳輸系統。
本發明主要考慮如何在移動通信系統中減少系統負載，降低估計算法的複雜度，提高系統性能，使得系統能更高效地支持高速數據業務。
圖1是本發明的異種間距頻域訓練序列結構示意圖。其中，d0，d1，d2，d3，…，dMD-2，dMD-1為異種間距頻域訓練序列中MD個不等間距導頻的索引值；u0，u1，u2，u3，…，uMU-2，uMU-1為異種間距頻域訓練序列中MU個等間距導頻的索引值；c0，c1，c2，c3，…，cMC-2，cMC-1為異種間距頻域訓練序列中MC個非零導頻的索引值；MC＝MD+MU；M為異種間距頻域訓練序列的總長度；ξ1、ξ2、ξ分別為異種間距頻域訓練序列中不等間距導頻、等間距導頻和非零導頻的能量值。
圖2是基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法示意圖。
圖3是基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計算法的實現結構示意圖。它包括復用裝置、FFT(快速傅立葉變換)裝置、平方裝置、峰值幅度搜索裝置、峰值導頻索引計算裝置、偏移量計算及歸一化裝置、共軛裝置、置零裝置、乘法裝置、乘法累加裝置、相角計算裝置、加法裝置。
具體實施例方式
假設一個OFDM符號所包含的子載波數目為N，循環前綴的長度為Ng，異種間距頻域訓練序列的長度為M，由MD個不等間距導頻和MU個等間距導頻所組成。其中，不等間距頻域序列的索引用{dk}0MD-1表示，等間距頻域序列的索引用{uk}0MU-1表示；兩種導頻的總體能量之比設為ξ1∶ξ2＝α。令MC＝MD+MU，則上述非零導頻序列可以表示為p~MC=[p~c0,p~c1,p~cMC-1]T.]]>接收的時域序列經過FFT運算後，計算其周期圖後作峰值幅度搜索，然後經過峰值導頻索引值計算單元，接著計算峰值導頻的偏移量並將其歸一化到N後即得到相應的粗頻偏估計值，然後根據所得到的粗頻偏估計值將上述頻域序列所包含的不等間距導頻及鄰近子載波置零，之後做IFFT(反傅立葉變換)運算將置零後的序列轉換到時域，並進行粗頻偏校正；將校正後的時域序列送到細頻偏估計單元即可得到細頻偏估計值；最後，將粗、細頻偏估計值相加，輸出總的頻偏估計值。
具體算法描述如下受歸一化頻偏ε影響的接收時域序列表達式可以寫成 [公式一]其中，φ為由於定時誤差或者維納相位噪聲而引入的相位偏差，F=[fc0,fc1,,fcMC-1]]]>為M×MC的IFFT變換矩陣，w為加性高斯白噪聲信號。然後，通過FFT運算計算接收序列的周期圖(k)=|n=0M-1rne-j2nk/M|2,k=0,1,,M-1]]>[公式二]將上述信號送到峰值幅度搜索單元，找到如下最大值=argmaxk
{(k)}]]>[公式三]然後，根據查找表定位該峰值導頻信號在集合{dk}0MD-1中的索引值，即=argmaxk
{g=0MD-2[((k,g+))M]}]]>[公式四]其中，IIk，g表示存儲在查找表中第k行第g列的內容。將上式結果送到偏移量計算及歸一化模塊，即可得到粗頻偏估計值，=NM(-dk)]]>[公式五] [公式六]
將經過FFT運算後得到的頻域序列送到置零模塊按下式做置零運算， [公式七]然後，經過IFFT運算將置零後的頻域序列轉換到時域，並將該時域序列送到相應的粗頻偏校正模塊rncc=rnice-j2^cn/N,n=0,1,,M-1]]>[公式八]將校正後的時域序列依次送到細頻偏估計模塊即可得到細頻偏估計值如下 [公式九]其中，X＝M/MU； 最後，將估計出的粗、細頻偏估計值送到加法器即可得到總的頻偏估計值如下 [公式十]根據以上描述，可以得到基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計算法的實現步驟如下(1)根據接收的時域序列作粗頻偏估計，並得到相應的頻域序列；(2)將上述頻域序列所包含的不等間距序列及鄰近子載波置零；(3)將(2)所得到的頻域序列變換到時域作粗頻偏校正；(4)根據上述經過粗頻偏校正後的時域序列作細頻偏估計；(5)將估計出的粗頻偏值和細頻偏值相加，得到總的頻偏估計值。
其中，基於異種間距頻域訓練序列的粗頻偏估計算法，其具體實現步驟為(1)根據接收的時域序列計算其周期圖；
(2)對相應周期圖用冒泡法作峰值幅度搜索；(3)根據查找表確定所找到的峰值導頻在集合{dk}0MD-1中的索引值；(4)計算所找到的峰值導頻的偏移量並將其歸一化到N，從而確定粗頻偏估計值。
其中，集合{dk}0MD-1表示異種間距頻域訓練序列中MD個不等間距導頻的索引值；N是一個OFDM符號所包含的子載波的個數。
FFT裝置和平方裝置完成公式[二]中包含的運算，峰值幅度搜索裝置完成公式[三]，峰值導頻索引值計算裝置完成公式[四]，偏移量計算及歸一化裝置完成公式[五]、公式[六]，置零裝置完成公式[七]，共軛裝置及FFT裝置完成IFFT運算，乘法裝置完成粗頻偏校正運算(公式[八])，兩個乘法累加裝置、乘法裝置、及相角計算裝置合起來完成細頻偏校正運算(公式[九])，加法裝置完成總的頻偏估計運算(公式[十])。
權利要求
1.一種基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法，其特徵在於由不等間距頻域序列和等間距頻域序列所組成的該種訓練序列其兩部分的能量可調節，但總能量保持不變；同時，該異種間距頻域訓練序列的長度M也是可調的；為了對抗符號間幹擾，在該訓練序列前面插入了長度為Ng的循環前綴；不等間距頻域序列由MD個不等間距的導頻組成；等間距頻域序列由MU個相同間距的導頻所組成，由具有循環正交性能的「Chu」序列產生；該頻偏估計方法為步驟1)、根據接收的時域序列作粗頻偏估計，並得到相應的頻域序列；步驟2)、將上述頻域序列所包含的不等間距序列及鄰近子載波置零；步驟3)、將步驟2)所得到的頻域序列變換到時域作粗頻偏校正；步驟4)、根據上述經過粗頻偏校正後的時域序列作細頻偏估計；步驟5)、將估計出的粗頻偏值和細頻偏值相加，得到總的頻偏估計值。
2.根據權利要求1所述的基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法，其特徵在於根據接收的時域序列作粗頻偏估計的方法是根據接收的時域序列的周期圖，基於查找表來進行頻偏估計，其具體實現步驟如下(1)根據接收的時域序列計算其周期圖；(2)對相應周期圖用冒泡法作峰值幅度搜索；(3)根據查找表確定所找到的峰值導頻在集合{dk}0MD-1中的索引值；(4)計算所找到的峰值導頻的偏移量並將其歸一化到N，從而確定粗頻偏估計值；其中，集合{dk}0MD-1表示異種間距頻域訓練序列中MD個不等間距導頻的索引值；N是一個OFDM符號所包含的子載波的個數。
全文摘要
基於異種間距頻域訓練序列的頻偏估計方法是一種應用於OFDM(正交頻分復用)系統及其它分塊傳輸系統的頻率同步方法，由不等間距頻域序列和等間距頻域序列所組成的該種訓練序列其兩部分的能量可調節，但總能量保持不變；同時，該異種間距頻域訓練序列的長度M也是可調的；為了對抗符號間幹擾，在該訓練序列前面插入了長度為N
文檔編號H04L27/26GK1665229SQ20051003849
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月21日 優先權日2005年3月21日
發明者尤肖虎, 高西奇, 蔣雁翔 申請人:東南大學