[发明专利]OFDM系统中整数倍子载波频偏的估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种OFDM系统中整数倍子载波频偏的估计方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)是一种多载波调制方式，具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径干扰能力强的优点。

在OFDM系统中，由于发射机和接收机的本振之间存在一定程度上的失配，同时发射机和接收机之间的相对运动和周围传播环境的变化，都会引入一定的多普勒频移，使得接收信号在频域内发生偏移，这种发射机和接收机之间的频率偏差称为载波频偏。载波频偏可分为整数倍子载波频偏和分数倍子载波频偏两部分，根据OFDM系统子载波带宽的大小对载波频偏进行归一化处理。OFDM系统对于载波频偏非常敏感，分数倍子载波频偏会在各子载波之间造成能量泄漏，导致子载波之间的正交性遭到破坏，从而引入子载波间干扰ICI(Inter Carrier Interference)，使得系统的误码率性能恶化。而整数倍子载波频偏虽然不会破坏子载波之间的正交性，但会造成频域符号数据的循环移位，从而导致接收数据错误。

在实际的OFDM系统中，考虑到RF(射频)部分滤波器的影响，产生的基带OFDM信号并不占满整个信号带宽，通常在整个频带的高频部分留出一定的子载波，这些子载波通常位于滤波器的滚降区域内且不承载任何有效数据，以避免滤波器的滚降对有用信号造成幅度衰减；同时在高频部分适当填零处理还可以实现对有用信号的过采样处理，以避免当接收端以两倍基带采样速率进行采样时，因为采样速率不足导致在数模转换时产生伪信号。因此在实现中通常把这些填零处理的子载波称为虚拟子载波。

利用OFDM信号的这种特性，在接收端就可以根据检测有效数据载波和虚拟子载波的边界来估计整数倍的子载波频偏。但这种算法的应用范围存在一定的制约性。在平衰落信道中，信道的频率响应在整个OFDM信号带宽内是平坦的，因此可以通过累积载波能量的方法准确地找出有效数据载波和虚拟子载波的能量边界。但在大多数的宽带OFDM系统中，因为多径的影响，信道的频域响应在整个OFDM信号带宽内是频率选择性衰落的。在有些情况下，信道在有效数据载波和虚拟子载波的边界位置增益很小，采用累积载波能量的方法并不能确保两者之间的能量边界阶跃特性体现得很明显，这种情况下通过检测能量边界来估计载波频偏的方法就存在误检的可能。另外通常接收机前端滤波器在设计时其通带大小都是有限的，当存在较大的载波频偏时，有用信号就有可能落入滤波器的滚降区间甚至阻带区间，这会对处于边界附近的有用载波信号带来极大的幅度衰减，从而模糊了有效数据载波和虚拟子载波之间的边界区分，这样也会影响上述检测算法的性能。

在有频域训练序列的OFDM系统中，还可以利用接收频域训练序列和本地已知频域训练序列之间的互相关特性来检测整数倍子载波频偏长。这种方法通常需要对接收频域训练序列进行循环移位后再进行互相关操作；同时互相关操作之前还需要消除频域信道带来的影响，上述操作通常都需要大量的复数乘法运算，受制于复杂度的制约，通常基于上述算法实现的OFDM系统，其所能检测的整数倍载波频偏范围都很有限。而且该算法仅适用于有频域训练序列的OFDM系统，对一般的OFDM系统无法实现载波频偏的盲估计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种OFDM系统中整数倍子载波频偏的估计方法，实现整数载波频偏的盲估计，而且能够在有效数据载波和虚拟子载波之间能量边界阶跃特性较模糊的情况下进行整数倍子载波频偏估计。

为解决上述技术问题，本发明的OFDM系统中整数倍子载波频偏的估计方法，包括如下步骤：

步骤一，对OFDM频域信号分别选取载波中心频点两侧正负半频频带内位于有效数据载波和虚拟子载波的理想边界位置k_B附近个数为K的载波信号，分别记作R_P(k，i)和R_N(k，i)，0≤k＜K；

步骤二，求信号R_P(k，i)和R_N(k，i)各两两对应的载波信号之间的能量差D(k，i)；

步骤三，以OFDM符号时长为周期，逐符号累积能量差D(k，i)，得到累积的能量差C(k)，0≤k＜K，其中，I表示累积的OFDM符号个数设定的目标值；

步骤四，当累积的OFDM符号个数达到设定的目标值I时，统计理想边界位置两侧载波信号累积的能量差C(k)的平均值E₁；