[发明专利]基于最大似然估计的采样频偏和载波频偏联合估计方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及无线通信系统基带信号处理中的同步估计领域，旨在提供一种计算复杂度低、估计精度高的采样频偏(SFO)和载波频偏(CFO)联合估计方法。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术因其高频谱利用率被广泛地应用于现代无线通信系统中，已经被IEEE 802.11a，IEEE 802.16a，DVB-T以及DRM等多个通信协议采用。然而OFDM技术对同步误差相当敏感，导致其接收机的性能显著降低。SFO和CFO均为OFDM系统中最为主要的同步误差。为了提高接收机的性能，需要在接收机中对SFO和CFO的值进行估计，并根据估计值对接收信号进行补偿。

SFO和CFO是由发射机和接收机的采样时钟不匹配和多普勒频移等因素引起的。传统的同步估计方法是将SFO和CFO分别进行估计，然后进行补偿。近年来，SFO和CFO的联合估计方法被相继提出。2004年，M.M.Freda等在“Joint channel estimation and synchronization for OFDM systems”(“正交频分复用系统中联合信道估计和同步方法”)中最早提出了时域的SFO和CFO联合估计方法，然而该方法需要一个额外的反傅里叶变换部件，增加了接收机同步模块的复杂度；为了降低系统的复杂度；2009年，H.Nguyen-Le等人在“RLS-based joint estimation and tracking of channel response,sampling,and carrier frequency offsets for OFDM”(“正交频分复用系统中基于递归最小二乘的信道、采样频偏和载波频偏联合估计和跟踪”)中提出了一种利用频域中两个完全相同的长训练序列进行最大似然估计的SFO和CFO联合估计方法，然而，由于该方法中一个权重因子的影响使其估计精度受到限制；2011年，Y.-H.Kim等人在“Joint maximum likelihood estimation of carrier and sampling frequency offsets for OFDM systems”(“基于最大似然估计的采样频偏和载波频偏联合估计方法”)中通过对H.Nguyen-Le等人联合估计方法的代价函数进行改进，使得估计精度大大提高。上述的各种联合估计方法均需要对SFO和CFO的代价函数进行二维全局搜索，使得计算时间大大增加，特别是在高信噪比时，由于搜索步长的限制使得对SFO和CFO的联合估计存在错误平层，估计精度无法继续收敛。如图1所示，Y.-H.Kim等人在“Joint maximum likelihood estimation of carrier and sampling frequency offsets for OFDM systems”(“基于最大似然估计的采样频偏和载波频偏联合估计方法”)中提出的SFO和CFO联合估计方法主要分为以下几步：

第一步：从接收机接收到的符号流数据中得到两个长训练序列R₀(k)和R₁(k)；

第二步：将CFO在取值范围[-0.5,0.5]区间内等分为100份，即将CFO的搜索步长确定为0.01，将SFO在取值范围[-0.0015,0.0015]内等分为100份，即将SFO的搜索步长确定为0.00003；

第三步：根据(1)式所述的代价函数在CFO和SFO所述的区间内执行二维全局搜索，并找出使代价函数最小的SFO值和CFO值，作为各自的估计值；

其中，R₀(k)为接收到的第一个频域长训练序列，R₁(k)为接收到的第二个频域长训练序列，ε表示CFO可能的取值，η表示SFO可能的取值，表示CFO最终的估计结果，表示SFO最终的估计结果，表示使得代价函数￥(ε,η)取最小值时的ε和η值作为CFO和SFO的最终估计值。

该方法的核心是在SFO和CFO取值范围内对代价函数￥(ε,η)执行二维全局搜索，寻找使得代价函数取最小值时的η和ε作为SFO和CFO的估计值。该联合估计方法存在以下两个缺点。

1.二维的全局搜索使得计算量大幅增加，增加了计算复杂度，使得完成联合估计需要较长的计算时间；