[发明专利]基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法。

背景技术

随着多媒体业务的不断增加，未来无线通信系统对传输速率、误码率和频谱效率等提出了更高的要求，传统的单载波窄带传输技术已无法满足需求。如何有效提高频谱利用率、数据传输速率和通信质量成为当前的热点研究课题之一。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一种正交多载波调制技术，它通过扩大符号周期，把宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道，因此具有很强的抗多径衰落和脉冲干扰能力，特别适合于高速无线传输。与传统的频分复用相比，OFDM系统中不同子载波频谱相互重叠，其频谱利用率更高。目前，OFDM已成为许多国际通信标准的物理层传输方案，具有非常广阔的应用前景。

但是，相对于单载波传输系统，OFDM系统对载波频偏十分敏感。载波频偏是由无线信道的时变性和发送机载波频率与接收机本地振荡器之间的不匹配造成的。由于OFDM系统中子载波的频谱相互重叠，非常小的频偏就会破坏子载波之间的正交性，产生载波间干扰。研究表明，仅1％的频偏就能使接收端信噪比下降约30dB。另一方面，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术近年来得到工业界和学术界的广泛关注和研究。通过在接收端和发送端布置多根天线形成天线阵列，MIMO技术可以在不增加发送功率的情况下成倍地提高传输速率或是降低误比特率(Bit Error Rate,BER)。将MIMO和OFDM相结合的MIMO-OFDM已经成为第四代移动通信的核心技术之一，而MIMO-OFDM对载波频偏同样十分敏感。因此研究载波频偏同步算法对于抑制和消除OFDM系统载波间干扰、提高系统性能具有非常重要的学术意义和实用价值。

OFDM系统的同步研究一直是学术界的热点问题。典型的同步算法是数据辅助型，需要借助于周期性传送的导频(Pilot)，其特点是快速准确，算法简单有效。最经典的数据辅助型算法由Schimdl提出，其基本思想是发送一个前后两部分相同的训练符号，接收端利用相同部分的相位差估计频偏。由于发送导频需要占用系统资源，降低了频谱利用率，这类方法一般适用于突发式传输的通信系统。盲同步算法利用OFDM符号中的一些特殊结构同步频偏，不需要导频，因此频谱利用率较高。

目前针对SISO-和MIMO-OFDM系统的频偏盲跟踪算法存在的问题主要有以下两点：①算法采用恒模星座图，而现代通信系统大多采用调制阶数更高的QAM调制等，并且往往在不同子载波上采用不同星座图映射，因此算法应用受限；②只考虑了系统满载的情况，即所有子载波都用于数据传输，没有考虑OFDM系统中存在空载波时算法的适用性问题，与实际应用尚有距离。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，该方法可以实现任意星座图的OFDM系统频偏盲跟踪，且适用于OFDM系统中存在空载波的情况。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，在该方法中，发送机将经过星座图映射的信号再做一次恒定包络变换，使得数据在IFFT以前具有恒模特性，且信道服从准静态衰落；接收机通过最小化接收信号与已知信道频率响应的能量差来同步频偏。

进一步，在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为一一对应的实信号：运用IFFT将复信号转换为实信号，即发送机包含两次连续的IFFT，接收端再利用两次傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)还原原始信号。

进一步，在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为一一对应的实信号：将信号的实部和虚部分别做恒定包络调制，在接收端解调出两部分信号再组合成原始发送信号。

进一步，在本方法中，OFDM系统采用相同点数的FFT和IFFT运算，算法的代价函数为正弦曲线；在没有噪声的情况下，由正弦函数的性质可知最小化代价函数可以得到唯一正确的频偏估计，而与空载波存在与否无关。

本发明的有益效果在于：本发明提出的基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法能应用于任意星座图的MIMO-OFDM系统的频偏盲同步，且适用于OFDM系统中存在空载波的情况。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：