[发明专利]环境自适应简化多项式因子频偏估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于多输入单输出或多输入多输出通信系统中的环境自适应频偏估计方法，属于移动通信中的同步技术领域。

背景技术

正交频分复用技术(OFDM，orthogonal frequency-division multiplexing)由于具有频谱效率高、抗频率选择性衰落和窄带干扰的优点，非常适合在无线通信信道传输，也是当前新一代移动通信系统中采用的主流技术。多输入多输出技术和OFDM技术相结合，能提供更大的频谱效率、更高的数据速率；在当前频谱资源越来越紧张、对数据速率要求越来越高的形势下，多输入多输出OFDM技术具有更为广阔的应用前景。

但是采用OFDM技术的系统都有一个共同的缺点，对同步误差尤其是载波频偏非常敏感。由于OFDM系统各子信道之间的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而，由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差。只占子载波间隔一小部分的载波频偏都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，进而产生子载波间干扰，从而导致OFDM接收机性能的显著下降。因此，对于OFDM接收机来说，载波频偏的估计与恢复是至关重要的，载波频偏估计是多输入多输出OFDM系统的关键技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在多输入单输出或多输入多输出正交频分复用系统中，提供一种可随环境变化自适应进行低复杂度计算的高精度频偏估计方法。所提出的频偏估计方法利用训练序列的良好相关属性，对代价函数多项式的一阶导数进行因子分解，进而利用范得蒙矩阵秩的性质，通过简化的多项式因子实现快速低复杂度频偏估计，并通过理论推导分析出的频偏估计均方差，随环境的变化自适应的实现相关频偏估计参数的最优化，从而实现环境自适应高精度频偏估计。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：种环境自适应简化多项式因子频偏估计方法：该方法包括如下步骤：

4)根据发送天线的数目N_t与Q的值计算与频偏估计均方差相关的参数ρ，其中，Q＝N/P＞N_t，Q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，N为训练序列的长度，P为基础训练序列的长度，P＜N，且(N)_2P＝0，(N)_2P表示关于N做模2P运算，

其中，N_t代表发送天线的数目，μ代表发送天线的索引，Q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，z_μ代表与i_μ相关的复变量，i_μ表示相应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，代表取实部运算；

5)根据与频偏估计均方差相关的参数ρ的值计算使频偏估计性能最优的参数q_opt，计算方法为其中，N_t代表发送天线的数目，N_r代表接收天线的数目，P为基础训练序列的长度，Q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，γ代表接收信号的信噪比，μ代表发送天线的索引，z_μ代表与i_μ相关的复变量，i_μ表示相应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引；

6)对接收天线接收到的级联序列y进行变换，将其转换为Q×N_rP的矩阵Y，其中，N_r为接收天线的数目，P为基础训练序列的长度，矩阵子矩阵Y_v的元素可以表示如下；表示单位阵的第v个列矢量，表示克罗内克乘积运算，0≤q＜Q，0≤p＜P，q代表子矩阵Y_v的行索引，p代表子矩阵Y_v的列索引，T代表转置运算；

4)计算由步骤3得到的矩阵Y的方差阵；计算方法为：R＝YY^H；矩阵子矩阵Y_v的元素可以表示如下：表示单位阵的第v个列矢量，表示克罗内克乘积运算，0≤q＜Q，0≤p＜P，q代表子矩阵Y_v的行索引，p代表子矩阵Y_v的列索引，T代表转置运算，H代表共轭转置运算，R代表矩阵Y的方差阵；