[发明专利]基于LS算法的采样频率偏移和载波残余频偏联合估计

说明书

技术领域

本发明属于通信系统信号处理技术领域，具体涉及一种适用于多载波无线通信系统采样频率偏移和载波残余频偏的联合估计方法。

背景技术

多载波技术采用多个子载波并行传输数据符号，可以有效地抑制多径效应对系统性能的影响。特别是采用正交频分复用（OFDM）方式，不仅可以通过子载波之间的正交性提高系统的频谱效率，还可以使用快速傅里叶变换（FFT）算法大大降低系统实现复杂度，因此该技术在第四代移动通信（4G）和无线局域网IEEE802.11a/g/n等标准中获得了广泛的应用。然而，在具有优异性能的同时，OFDM技术也存在固有的问题，即高峰平比和频偏敏感。载波频率的非整数倍偏移将破坏子载波之间的正交性，从而引起载波间干扰（ICI）。虽然载频同步算法可以将频偏控制到一定的范围内，但是载波残余频偏会引起数据符号的相位旋转，并且该相位旋转随时间累积。当系统晶振精度不够或者系统无线帧中的数据符号数目较大时，所产生的严重相位旋转将使系统无法正常工作。存在同样问题的还有采样频率偏移，该偏移量也会引起数据符号的相位旋转并随时间累积。因此，如何有效解决载波残余频偏和采样频率偏移，这是OFDM系统所面临的一个严峻问题。

通过频域进行信道估计，在均衡无线信道影响的同时，可以跟踪补偿载波残余频偏和采样频率偏移所引起的相位旋转。但是，这将占用很多的系统资源，带来大量额外的系统开销。尤其是结合多输入多输出（MIMO）技术时，MIMO-OFDM系统需要为每一根天线的信道估计提供独立的参考信号，这会引起系统频谱效率的显著下降。例如，4G中的LTE-A标准（3GPP TS36.211v10.7.0,Physical Channels and Modulation(Release10).Feb.,2013），对于常规循环前缀（CP）情况下，4天线将占用系统14%以上的时频资源，对于非常规CP情况下，这个开销将达到17%，如果进一步采用8根天线，则开销将会更大。其实，对于室内、室外步行以及中低速移动的场景，由于多普勒频移较小，那么将会具有较长的相干时间。当系统无线帧的帧长度远远小于该相干时间时，只需要在系统每个无线帧的帧头进行信道估计就可以了，跟踪补偿采用梳状导频，这将大大降低参考信号所占用的系统资源。例如，无线局域网标准IEEE802.11a/g，梳状导频开销只占到7%，如果多天线采用时分复用块状导频进行信道估计，那么天线数目的增加对系统开销的影响很小。在这种情况下，采用何种方法对载波残余频偏和采样频率偏移进行估计补偿将变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对室内、室外步行以及室外中低速移动的应用场景，基于LS算法对采样频率偏移和载波残余频偏进行联合估计，利用OFDM系统每帧帧头的块状导频完成信道估计，然后使用少量的梳状导频实现联合估计，从而在减小系统导频开销的同时实时地跟踪补偿采样频率偏移和载波残余频偏所引起的相位旋转。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于LS算法的采样频率偏移和载波残余频偏联合估计，包括以下步骤：

1）根据OFDM系统发送端梳状导频符号相对应的接收端实际梳状导频符号和频域信道估计所获得的信道传递函数计算出采样频率偏移和载波残余频偏所引起的相位旋转总量

2）按照OFDM系统中的梳状导频位置编号对所述相位旋转总量进行建模，即其中，k_i表示梳状导频位置编号，表示采样频率偏移所引起的相位旋转，表示载波残余频偏所引起的相位旋转，n_i表示第i个梳状导频子载波上的白噪声干扰；

3）基于梳状导频数目获得相应维数的系数矩阵K；