[发明专利]利用多天线消除高速移动环境下多频偏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术及多媒体应用技术领域，更具体地说，本发明涉及一种利用多天线消除高速移动环境下多频偏的方法。

背景技术

无线通信和有线通信在传输的方式上有着本质上的区别，有线传输时信号只有单一的通道，而在无线传输中信号从发射端到达接收端却可以有很多个“通道”，这就是无线传输所带来的多径效应。从时域来看，当多个不同路径的信号到达接收天线时，由于多径信号的时延不同，造成了对信号的时延扩展。当信号的带宽进一步增加，使得信号的码元持续期和时延扩展相当时，就会有明显的码间串扰形成，这时无线信道对于信号中的不同频率成分具有不同的衰落特性，此时的无线信道就称为频率选择性信道。

正交频分复用(OFDM)技术在传输过程中把一定带宽的信道划分为多个相互正交的子信道，从而把宽带问题变成了窄带问题，使多个码元在多个并行的子信道上并行的传输。在正交频分复用中子带之间的频谱允许有部分的重叠而不破坏相互间的正交性，因而具有更高的频谱利用率，这就使得OFDM成为了下一代无线通信中的核心技术。但是，要使用OFDM技术首先要保证子载波间的正交性，对子载波间正交性造成破坏的因素是频率的偏移，频率偏移会造成严重的子载波间的相互干扰，使OFDM的误码率性能大幅下降。因此，使用OFDM技术要首先解决频偏的问题。

无线通信中频率偏移主要有两个来源：1.)由收发信机之间的本振频率不完全一致造成的频率偏移。这类频率偏移对于一对收发信机来说是固定的，通过对比和估计就可以加以消除。2.）无线传输过程中电磁波入射到移动的用户或反射物而导致的多普勒频移。当无线传输的收发信机之间只有一条传播路径时，只可能存在一个多普勒频移，可以通过在接收端对该频偏加以估计并消除。

在实际的无线通信中，频率偏移和多径传输往往会纠缠在一起使问题变的很复杂。在高速移动环境下，无线传输的多径效应和高速移动所造成的多普勒频移相结合使得频偏的估计和信道的估计都变得十分困难。这种情况形成的原因是发射给同一用户的信号在无线传输的过程中分别经历了不同的传输路径，多径信号入射到高速移动的物体会具有不同的多普勒频移，此时的信道具有显著的频率选择性，同时还具有快时变的特性。对于这类信道的估计问题,目前已有大量的研究，针对具有单天线的接收机分别在时域或频域对信道建立了模型,并提出了相应的解决方法。一般地，对这类信道要先估计出频偏再加以补偿，消除了频偏的影响后再获得对信道的估计。对于单天线接收机来说，只能估计出一个频偏，如果有多个频偏存在时所估计出的频偏是多个频偏在接收机处的一个合成效果，该值会介于多个频偏之间，但和任何一个实际的频偏都不相符。因此，想用估计到的这个频偏去消除由多个频偏所带来的影响是不可能的，会给系统的误码率性能带来很大的影响，出现这种状况的根本原因是利用为处理单频偏而建立的模型已无法应对多频偏的问题。

在高速无线通信系统中由于相干解调具有比较好的误码率性能而被广泛采用，但相干解调时需要在接收端获得信道的信息，这就要求对信道有准确的估计和跟踪。在非专利文献[1]中，对于多普勒频移不很显著的情况，ICI被当作高斯噪声来处理，使用了接收天线的分集技术来改善系统的性能。而在非专利文献[2]中，利用多径信道的时域及频域具有的相关性及带限性，对多普勒频移较小时的情况提出了一种鲁棒的信道估计算法，使信道的估计精度进一步提升。当移动的速度提高时，在一个OFDM符号内的无线信道变化已不能忽略，非专利文献[3]中采用线性模型描述信道的时变性，为了减少运算量，在频域信道矩阵中只考虑存在ICI较大的相邻子载波，对残余能量较低的ICI给以了忽略。为应对多径快时变信道，有多种基于基展开模型的信道估计方法被提出，其中有非专利文献[4-6]的复指数函数、非专利文献[7-8]的多项式、非专利文献[9]的椭圆函数，这些方法利用基函数对时变信道进行降阶逼近，从而把时变信道的估计问题转化为了参数估计问题。在非专利文献[10]中，对各类基于基展开模型的信道估计方法进行了总结，给出了统一的线性均方误差估计(LMMSE)以及最小二乘估计（LS）。基于基展开模型的信道估计方法从时域拟合时变的信道，模型的阶数高低要和信道时变的快慢相适应。当需要估计的参数增多以及信道的相干时间变短时，要达到相同的估计精度就需要更多的导频信息，而且需要更高的计算复杂度。