[发明专利]一种基于OFDM前导的整数频偏估计方法

摘要

一种基于OFDM前导的整数频偏估计方法，首先通过FFT变换得到OFDM频域前导符号并循环移位d个采样位置后与接收端已知的频域前导符号共轭相乘得到信号；然后计算差分相关数据并对差分相关数据取绝对值后平均加权累加得到频偏估计度量；最后对频偏估计度量求取最大值，获得整数频偏估计量，本发明中的方法只需要采用一个OFDM块状前导符号，不需要使用两个前导符号或者在数据符号中插入导频；在OFDM信号的频域进行差分相关估计整数频偏，其估计性能不受符号定时残留偏差的影响；且对M0个差分结果采用平均求和的实现结构，在多径信道条件下具有较低的错误检测概率。

主权项

一种基于OFDM前导的整数频偏估计方法，其特征在于步骤如下：(1)获取符号定时同步后的接收前导符号{rp(n),n＝0,…,Ns‑1}，对{rp(n),n＝0,…,Ns‑1}补偿小数频偏后得到OFDM时域前导符号{z(n),n＝0,…,Ns‑1}；(2)将步骤(1)中的OFDM时域前导符号{z(n),n＝0,…,Ns‑1}通过FFT变换到OFDM频域，得到接收前导的OFDM频域信号{Z(k),k＝0,…,Ns‑1}；(3)将步骤(2)中的接收前导OFDM频域信号{Z(k),k＝0,…,Ns‑1}循环移位d个采样点后得到循环移位后的接收前导OFDM频域信号{Z(k),k＝d,…,Ns‑1,0,…,d‑1}，然后将循环移位后的接收前导OFDM频域信号与接收端已知前导的频域信号{C(k),k＝0,…,Ns‑1}的共轭相乘，得到Rs(k,d)，(4)获取步骤(3)中得到的数据序列{Rs(k,d),k＝0,…,Ns‑1}中的有效子载波数据{Rd(l,d)＝Rs(k,d),l＝0,…,Nd‑1,k＝(Ns‑Nd)/2,…,(Ns+Nd)/2‑1}，即有效子载波数据Rd(l,d)通过变量l和k的取值根据数据序列Rs(k,d)得到，然后将有效子载波数据以间隔m，m＝1,…,M0，M0≤Nd/2共轭相乘后累加，得到M0个差分相关数据P(m,d)；(5)对步骤(4)中M0个差分相关数据P(m,d)取绝对值后，平均加权求和计算频偏估计度量M(d)；(6)查找步骤(5)中频偏估计度量M(d)的最大值，最大值对应的循环移位d为整数频偏估计量即q^=argmaxd(M(d));]]>所述步骤(1)中获取符号定时同步后的接收前导符号{rp(n),n＝0,…,Ns‑1}，具体通过发送端时域具有两段重复结构的前导符号经过信道后产生，在发送端中，时域具有两段重复结构的前导符号表示为：c＝[A A]，其中A为长度为Ns/2的复随机序列，在OFDM发送端中，将长度为Ns/2的MPSK/MQAM调制的复随机序列映射到长度为Ns的OFDM频域序列的奇数子载波上，偶数子载波上均为0，并对映射后的频域序列进行Ns点的IFFT后得到时域具有两段重复结构的前导符号，发送端时域具有两段重复结构的前导符号c(n)，具体由公式：c(n)=1NsΣk=1Ns-1C(k)ej2πkn/Ns,n=0,...,Ns-1]]>给出，其中C(k)为频域前导符号第k个子载波上的数据，Ns为IFFT的大小；所述步骤(1)中对{rp(n),n＝0,…,Ns‑1}补偿小数频偏后得到OFDM时域前导符号{z(n),n＝0,…,Ns‑1}；具体由公式：z(n)=rp(n)ej(-2πξ^n/Ns)=Σm=0L-1h(m)c(n-Δϵ-m)ej(2πΔξn/Ns)ej(2πqn/Ns)+w1(n)]]>给出，其中q为带估计的整数频偏，为小数频偏估计量，Δε为残留的定时偏差，Δξ为残留的小数频偏，为零均值复高斯噪声，{c(n),n＝0,…,Ns‑1}为时域具有两段重复结构的前导符号，h(m)为多径衰落信道的脉冲响应，L为信道记忆长度；所述步骤(2)中将步骤(1)中的OFDM时域前导符号{z(n),n＝0,…,Ns‑1}通过FFT变换到OFDM频域，具体由公式：Z(k)=Σn=0Ns-1z(n)ej(-2πnk/Ns)=Σn=0Ns-1[Σm=0L-1h(m)c(n-Δϵ-m)ej(2πΔξn/Ns)ej(2πqn/Ns)+w1(n)]ej(-2πnk/Ns)=H(k)C(k+q+Δξ)ej(2πΔϵk/Ns)+W1(k)]]>令小数频偏为理想估计，即Δξ＝0，则接收前导的频域信号{Z(k),k＝0,…,Ns‑1}表示为：Z(k)=H(k)C(k+q)ej(2πΔϵk/Ns)+W1(k);]]>所述步骤(3)中的Rs(k,d)具体由公式：Rs(k,d)=Z(k-d)C*(k)=[H(k-d)C(k+q-d)ej(2πΔϵ(k-d)/Ns)+W1(k-d)]·C*(k)=H(k-d)C(k+q-d)·C*(k)ej(2πΔϵ(k-d)/Ns)+W2(k)]]>给出，其中d＝0,…,Ns‑1，即整数频偏估计范围为[‑Ns/2,Ns/2]，其中，Δε为残留的定时偏差，Ns为IFFT/FFT的大小，W1(k‑d)和W2(k)均为噪声项，H(k)为信道频率响应；所述步骤(4)中的P(m,d)具体为：令信道频率响应H(k)在一个OFDM符号周期内保持不变，即H(k)＝H(k‑j),j＝0,…,Ns‑1，则当d＝q时，M0个差分相关数据P(m,d)由公式：P(m,d)=Σl=mNd-1Rd(l,d)·Rd*(l-m,d)=Σl=mNd-1|C(l)|2|C(l-m)|2|H(l)|2e-j(2πϵm/Ns)+I(m)]]>给出，其中Nd为OFDM符号中的有效子载波数，H(l)为信道的频率响应，I(m)为干扰项，具有由公式I(m)=|C(l)|2H(l-d)W2*(l-m)ej(2πΔϵ(l-d)/Ns)+|C(l-m)|2H*(l-m-d)W2(l)e-j(2πΔϵ(l-m-d)/Ns)+W2(l)W2*(l-m)]]>给出；所述步骤(5)中M(d)具体由公式：M(d)=1M0·Σm=1M0|P(m,d)|=1M0·Σm=1M0|Σl=mNd-1|C(l)|2|C(l-m)|2|H(l)|2e-j(2πΔϵm/Ns)|=1M0·Σm=1M0|Σl=mNd-1|C(l)|2|C(l-m)|2|H(l)|2|]]>给出。