[发明专利]一种联合估计载波频偏的频率同步方法

权利要求书

1.一种联合估计载波频偏的频率同步方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，无线通信系统发送天线数为S，接收天线数为R；对系统接收端的每一条接收链路收到的短训练字段做相关运算；

设第k条接收链路收到的信号为r_{k_all}(n)={r_k(n),r_{k_d}(n)，k＝1,2，...,R；

r_{k_d}(n)为接收的数据字段，r_k(n)为第k条接收链路的同步特殊字段，表示为：

rk(n)=xk(n)ej2πnTsΔf/N+ωk(n)=xk(n)ej2πnγ/N+ωk(n)---(1)]]>

其中：Δf为系统频率偏差，γ=Δf/f_s=Δf/(1/T_s)=ΔfT_s为归一化载波频率偏移，子载波间隔f_s=1/T_s；N为子载波的个数，T_s为子信道码元持续时间；x_k(n)为第k条发送链路的同步特殊字段，ω_k(n)为第k条发送链路同步特殊字段上的噪声；x_k(n)={x_sk(n),x_lk(n)}；w_k(n)={w_sk(n),w_lk(n)}和r_k(n)={r_sk(n),r_lk(n)}；x_sk(n)、w_sk(n)和r_sk(n)分别为第k条发送链路的短训练字段、第k条发送链路短训练字段上的噪声以及第k条接收链路的短训练字段；x_lk(n)、w_lk(n)和r_lk(n)分别为第k条发送链路的长训练字段、第k条发送链路长训练字段上的噪声以及第k条接收链路的长训练字段；

第k条接收链路收到的短训练字段r_sk(n)表示为：

rsk(n)=xsk(n)ej2πnTsΔf/N+ωsk(n)=xsk(n)ej2πnγ/N+ωsk(n)---(2)]]>

对第k条接收链路的短训练字段r_sk(n)做相关运算得到R_sk：

Rrk=Σn=0L1-1rsk*(n)rsk(n+D1)]]>(3)

=Σn=0L1-1|xsk(n)|2·ej2πD1γ/N+Σn=0L1-1(xsk*(n)·e-j2πD1γN·wsk(n)+xsk(n+D1)·ej2π(n+D1)γ/N·wsk*(n)+|wsk(n)|2)]]>

其中x_sk(n)=x_sk(n+D₁)，D₁和L₁分别为短训练字段的相关序列间隔和相关长度；

步骤2，基于步骤1输出的R_sk，估计第k条接收链路的载波频率偏移

γ^k=N2πD1·arg(Rrk)=N2πD1·arg(Σn=0L1-1rsk*(n)rsk(n+D1))---(4)]]>

步骤3，对所有R条接收链路的载波频率偏移求均值，得到归一化载波粗频偏估计值完成粗频偏估计；

γ^i=1RΣk=1Rγ^k=N2πD1·1R·Σk=1Rarg(Σn=0L1-1r*sk(n)rsk(n+D1))---(5)]]>

步骤4，根据步骤3得到的粗频偏估计值对接收信号r_k(n)中的r_lk(n)进行频偏补偿，得r′_lk(n)：

rlk′(n)=rlk(n)·e-j2πnγ^i/N---(6)]]>

步骤5，将步骤4输出的补偿后信号r′_lk(n)中的长训练字段做相关得到R_lk：

Rlk=Σn=0L2-1rlk′(n)·(rlk′(n+D2))*=Σn=0L2-1|xlk(n)|2·ej2πD2γ/N---(7)]]>

其中，D₂和L₂分别为长训练字段的相关序列间隔和相关长度；

步骤6，利用分段相关方法对长训练字段中的循环前缀、长训练序列1和长训练序列2做相关，得载波频偏1；具体步骤为：

步骤6.1，将长训练序列1和长训练序列2分别分割为前半部分L1和后半部分L2，以及前半部分L3和后半部分L4；

步骤6.2，对长训练字段中的三组序列：循环前缀和L2、L1和L3、L2和L4分别进行相关长度为L₃的共轭相关；

步骤6.3，取步骤6.2输出的三个共轭相关结果的平均值，进行精频偏估计,得到基于分段相关算法的载波频偏偏差

对长训练序列1和长训练序列2的分割比例为m:n的非均匀分割情况下，精频偏估计公式为：

(8)

表示小于z的最大整数；

均匀分割情况下，精频偏估计公式为：

γ^f=N2πD2·1R·13·Σk=1RΣl=13arg(Σn=1L3-1rlk′(n+(l-1)·D22)·(rlk′(n+(l+1)·D22))*)---(9)]]>

步骤6.4，对步骤6.3输出的载波频偏偏差与步骤3输出的粗频偏估计相加得到载波频偏1：

步骤7，根据系统Eb/No的dB值大小在附近确定搜索集合M，利用MMSE准则，得到载波频偏2，记为

γ^b=argminr∈MΣn=1Ll(rlk(n)·ej2πD2γ^/N-xlk(n))2---(10)]]>

其中，集合M=((γ^a-x%y^((Eb/N0)/10)),(γ^a+x%y^((Eb/N0)/10))),]]>在频率偏差附近、与Eb/No的dB值成反比；L_l是接收到的长训练字段的总长度；

步骤8，基于均方误差准则，采用滑动平均算法，得到载波频偏3，记为进而得到不同的无线信道环境下的频率估计结果；

定义变量p及滑动相关长度为2p+1；其中，L_max为L1、L2、L3及L4序列长度中的最大值；

γ^c=argminr∈M(Σn=1p(rlk(n)·ej2πD2γ^/N-xlk(n))2+Σn=p+1Ll-p(12p+1Σm=n-pn+p(rlk(m)·ej2πD2γ^/N-xlk(m))2)]]>(11)

=Σn=Ll-pLl(rlk(n)·ej2πD2γ^/N-xlk(n))2)]]>

步骤6到步骤8为精频偏估计，得到精频偏估计结果

步骤9，基于步骤8的频偏估计结果，对各路接收信号的数据字段进行频偏补偿：

r′′kd(n)=rkd(n)·e-j2πnγ^fp/N---(12)]]>

从而完成无线通信系统中联合估计载波频偏的频率同步。