[发明专利]一种基于FPGA的UFMC系统载波频率同步方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的UFMC系统载波频率同步方法，属于无线通信领域。该方法使用一个UFMC符号作为训练序列，训练序列中必须包含m≥2部分相同的符号；整个频偏估计过程通过小数倍频偏和整数倍频偏共同完成；通过训练序列前后两相同数据部分的自相关得到小数倍频偏，将小数倍频偏补偿后的训练序列估计与本地训练序列相乘并做FFT变换求得整数倍频偏。本发明通过小数倍频偏估计保证了估计精度能够满足系统需求，整数倍频偏估计使整体估计范围大大增加。有效地估计出系统频偏值，降低系统的误比特率，提高通信质量。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种基于FPGA的UFMC系统载波频率同步方法。

背景技术

为满足下一代移动通信的要求，新型的多载波调制技术方案得到了广泛的关注。基于滤波的多载波调制的滤波器组多载波(FBMC)和通用滤波多载波(Universal FilterMulti-Carrier,UFMC)均是当前研究的热点。FBMC分别采用合成滤波器和分析滤波器实现载波调制和解调。由于是对子载波进行滤波，滤波频带窄，发射滤波器的冲击响应长度较长，导致开销大，另外，FBMC系统各个子带严重交叠带来很大的载波间干扰(ICI)，为解决这个问题当前采用的主要方法为偏移正交幅度调制(OQAM)，而OQAM与MIMO技术结合后的信道估计也比较困难。UFMC采用了基于子带滤波的方式，由于滤波频带变宽，滤波器的阶数也相应的下降，降低了对器件的要求。由于UFMC系统是基于子带滤波的，每个子带可以分给不同用户，也可以是同一用户，对零散频谱利用优于OFDM系统，在以往的研究也已经证明UFMC对时频偏移并不如OFDM敏感，从而放松了对同步的要求。所以在接收端做同步的时候，可以只使用一个UFMC符号作为训练序列，既节省了同步开销，对用户终端节能也是有利的。

虽然UFMC与OFDM的特性相似，UFMC系统的频偏估计方法可以参考OFDM的。但是到目前为止，针对UFMC系统的CFO估计方法提出的很少。而且，对实现应用的研究仍未展开，因此本发明的研究从FPGA实现角度进行考量，这对UFMC理论的实用化有着重要意义。

专利[CN106059979A]中提出了一种基于导频的UFMC系统载波同步方法，该方法首先在发送端生成两组正交码，并将其作为导序列插入到原始数据中，在接收端提取导频信号，并计算两组导频信号之间的相关性，通过使其相关性最小来获得UFMC系统载波频率的同步；最后使用迭代算法来提高频偏估计精度。本发明频偏估计范围是小数倍频偏估计和整数倍频偏估计共同作用，所以当所需估计的频偏值|f_d|＞0.5时，明显本发明的估计结果更准确。

专利[CN105245484A]涉及一种MIMO-OFDM系统频率偏差估计的方法，该方法包括利用信号的短训练序列计算出粗频率偏差、利用信号的长训练序列计算出长训练序列频率偏差、利用SIG序列计算出时域残余载波频偏后求和作为载波频偏的估计结果。该方法具有较高的频偏估计精度和很宽的应用范围。本发明中运用UFMC对时频偏移并不如OFDM敏感，但可以进行松散同步的特性，且只使用一个UFMC符号作为训练序列，达到了节约频谱资源，降低同步开销的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的UFMC系统载波频率同步方法，用于节约频谱资源，降低同步开销，同时扩大频偏估计范围。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FPGA的UFMC系统载波频率同步方法，使用一个UFMC符号作为训练序列，训练序列中必须包含m(m≥2)部分相同的符号；整个频偏估计过程通过小数倍频偏和整数倍频偏共同完成；通过训练序列前后两相同数据部分的自相关得到小数倍频偏，将小数倍频偏补偿后的训练序列估计与本地训练序列相乘并做FFT变换求得整数倍频偏。小数倍频偏估计保证估计精度能够满足系统需求，整数倍频偏估计使整体估计范围大大增加。