[发明专利]通过使用更好的相关性模型改善用于估计频偏的卡亨南‑洛维算法

说明书

技术领域

本文中所描述的实施方案大体上涉及接收器和接收器中的方法，且更具体地说，涉及用于估计无线通信系统中发射器和接收器之间的频率偏移的机构。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)长期演进(Long Term Evolution，LTE)和WIFI等现代系统所选择的调制技术。OFDM所面临的严峻问题是发射器和接收器之间的频率偏移。它被称作载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)。CFO的影响是会使OFDM子载波之间的正交性丢失。在接收器已知CFO的情况下，可通过频移来补偿CFO，从而保证了正交性。因此，缓解CFO就相当于估计接收数据的CFO的问题。

CFO可被分成两部分：整数频率偏移(Integer Frequency Offset，IFO)和分数频率偏移(Fractional Frequency Offset，FFO)。

ε_CFO＝ε_IFO+ε_FFO

其中ε_IFO是乘以子载波间距的整数，并且ε_FFO的量值限制在子载波间距的一半内。在LTE中，子载波间距是15kHz，因此FFO的量值限于7.5kHz，而IFO是15kHz的倍数。

在初始同步期间，获得ε_IFO的精确值。因此，剩余的任务是估计FFO。在整个本发明中，将假设已经估计了IFO。标准符号程序是以子载波间距归一化全部偏移，使得FFO限于ε_FFO∈[-1/2,1/2]。

可基于接收信号估计FFO。在这项工作中，可假设两个OFDM符号可供自由支配。进行FFO估计的条件是这两个符号包括训练符号，也称为导频符号。如果包括，那么基于这两个OFDM符号，可旨在提出能够处理ε_FFO∈[-1/2,1/2]范围内的任意FFO的几乎最佳的FFO估计器算法。

在传统的方案中，给定这两个接收信号，CFOε的似然函数使得：

其中P_k是沿着其对角线具有p_k的对角矩阵，矩阵Λ是频域中信道的协方差矩阵，即，

其中diag(X)是列向量，其元素取自X的主对角线。可以看出，评估λ(ε)所需要的全部量是明确定义的，除了Λ。可作出以下假设：

这降低了评估λ(ε)的复杂度，而且也是当信道协方差Λ不存在先验信息时的合适选择。然而，遗憾的是，这种假设可能不符合现实。

在传统的方法中，之后计算λ(ε)的三个值：

μ_-1＝λ(-1/tΔ)

μ₀＝λ(0)

μ₁＝λ(1/tΔ)

由于λ(ε)的公式所涉及的矩阵维度较大，所以得出这三个值的计算量相当大。一个重要的观测结论是三个计算出的值μ_-1,μ₀,μ₁足以在ε的任何其它值下评估λ(ε)。也就是说，函数λ(ε)是三维的，当已经(通过相当大的工作量)计算出这三个值时，获得全部其它值的计算成本较低。基于此观测结果，接着制定基于μ_-1,μ₀,μ₁估计ε的复杂度较低的方法。

在OFDM信道H₀和H_t根据传统方法中使用的简化相关性模型Λ相关的情况下，传统方法是最佳的(在最大似然方面)，并且无法进一步改进。然而，相关性模型Λ极不现实，因为它具有以下物理含义：

第一，子载波k处的信道独立于其它子载波处的信道。实际上，两个邻近子载波处的信道几乎相同，因此传统相关性模型Λ中所作出的假设极不现实。

第二，OFDM符号t处的信道等同于在0时的信道。实际上，由于多普勒效应，这两个信道可为高度相关，但它们基本上从不相同。

因此，相比于使用真实信道相关性的估计器，传统方法会遭受性能降低的影响。

因此，当估计载波频率偏移时，还存在改进的空间。

发明内容

因此，一个目标是避免至少一些上述缺点并改进无线通信系统中的性能。