[发明专利]超高移动条件下基于频域差分相位的MIMO-OFDM系统频偏估计方法

说明书

本发明公开了一种超高移动性条件下基于频域差分相位的MIMO‑OFDM系统频偏估计方法，在分析频域接收信号相邻符号相位差与频偏关系的基础上，提出了适合于超高移动环境下基于频域差分相位的频偏估计算法，通过将频域接收导频信号进行必要的相关运算后，实现了频偏估计与信道估计的解耦，而且基于频域差分相位的频偏估计有简单的闭式解，这为高移动场景下的高性能频偏估计提供了切实可行的技术解决方案。本发明适合于超高移动环境下基于频域差分相位的频偏估计算法仅需很少的频域导频即可获得较好的频偏估计性能，这有助于改善超高移动环境下MIMO‑OFDM系统通信效率。

背景技术

频率同步是数字通信系统中数据可靠传输的重要保证，同步性能的好坏将直接影响整个通信系统的性能。但在无线通信系统中，由于发送端设备和接收端设备间的频差，以及用户端设备移动所带来的多谱勒频移等影响，使得载波频率与本地晶振的频率之间存在着频偏。为了保证数据的可靠传输，必须对信号的频偏进行准确估计并加以补偿。此外，3GPP LTE下行采用了频谱利用率比较高的OFDM调制技术，要求子载波之间具有严格的正交性。在实际传输中，由于多普勒频移和收发机本地振荡器之间的不匹配带来的频率偏差，会破坏OFDM系统子载波间的正交性，造成子载波间干扰(ICI)。此外在MIMO OFDM系统中，频偏估计性能的好坏将直接影响信道估计性能的好坏，进而影响MIMO检测性能。因此频偏估计是OFDM系统和MIMO-OFDM系统的一项关键技术。

围绕MIMO-OFDM或OFDM条件下的频偏估计或者频偏和信道联合估计技术，国内外展开了大量研究工作，并已经取得了很多研究成果。2011年E.P.Simon等人在文献″JointCarrier frequency offset and fast time-varying channel estimation for MIMO-OFDM systems，″IEEE Transactions on Vehicular Technology，2011，60(3)：985-965中针对快时变场景下的频偏与信道联合估计问题，提出了一种适用于快时变环境下基于导频辅助的频偏与信道联合估计算法，首先对一个OFDM符号内信道幅值的时变性通过基扩展模型来近似，并对待估计参数采用自回归模型来刻画，最后采用扩展卡尔曼滤波来估计多径瑞利信道幅值和频偏。2012年Simon等人在文献″Joint carrier frequency offset andchannel estimation for OFDM systems via the EM alqorithm in the presence ofvery hiqh mobility，″IEEE Transactions on Signal Processing，2012(60)：754-765.中提出采用卡尔曼滤波和EM算法来联合估计频偏和快时变信道系数。2009年，HungNguyen-Le等人在文献″ML-Based Joint Estimation of Carrier Frequency Offset andDoubly Selective Channels for OFDM Transmissions，″IEEE Vehicular TechnologyConference(VTC Spring 2009)中提出了一种适用于SISO-OFDM系统中基于导频辅助的联合信道和频偏的最大似然估计方法。2010年Hung Nguyen-Le等人在文献″Bayesian JointEstimation of CFO and Doubly Selective Channels in MIMO-OFDM Transmissions，″IEEE Vehicular Technology Conference(VTC 2010-Fall)中基扩展模型提出了在快时变MIMO OFDM系统中采用贝叶斯方法联合估计频偏和信道，但是采用贝叶斯估计方法需要用到如信道的先验概率分布信息。 2012年，曾召华、朱华伟等人在″TDD-LTE下行高速移动场景中的频偏估计方法″一文中针对TDD-LTE 系统下行链路高速移动场景提出了一种小数倍频偏估计算法，利用主同步信道(P-SCH)和辅同步信道 (S-SCH)的频域信道估计值的共轭相关来估计载波频率的小数倍偏移，理论分析与仿真结果表明所提出算法的估计范围能够覆盖高速移动场景中的最大小数倍频偏，同时仿真结果也表明所提算法在加性高斯白噪声信道(AWGN)和莱斯信道下均具有良好的性能。