一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法技术

本发明专利技术方法涉及一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法，包括以下步骤：首先对接收序列利用相关峰搜索方法确定接收信号的帧格式；然后利用OFDM信号的帧同步符号信息完成对接收信号的第一级时域均衡；接下来利用OFDM信号的循环前缀序列完成对接收信号的第二级时域均衡，经该级时域均衡后的信号即是输出信号，可用于信号的后续处理。该方法在确定均衡器系数的过程中充分利用了OFDM信号帧格式中固有的重复性，在没有接收信号的先验信息的条件下，实现了信号的盲均衡，均衡效果良好；并且该方法对于有很多子载波的OFDM信号，具有计算简单、处理迅速的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法
本专利技术涉及一种盲均衡方法，特别涉及一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法，属于通信信号处理相关

技术介绍
正交频分复用(OFDM:orthogonalfrequency-divisionmultiple)作为一种有效实现频谱资源控制的传输技术，具有良好的对抗窄带干扰、码间干扰(ISI)的性能。为了实现高的频谱利用率，OFDM+MQAM通信体制已成为下一代宽带移动通信系统的主流。在时变的信道衰落环境下，OFDM+MQAM系统不仅能够自适应地调整子载波的个数，而且还可以根据衰落情况动态调整每个子信道上所采用的发射功率、调制方式、编码方式等，并可以通过频率的组合或裁剪实现频谱资源的充分利用，然而OFDM+MQAM信号的自适应特性也对OFDM信号的均衡提出了更高的要求。在一些特殊场合下，如非协作接收时，传统的盲均衡算法(如CMA类)难以得到很好的均衡效果；而且，传统的盲均衡算法在针对有很多子载波的OFDM信号时，存在计算复杂、处理延迟大的问题，所以亟需研究更为有效的OFDM信号盲均衡算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对无线多径衰落信道环境下信号的失真导致接收得到的信号星座图产生扭曲和变形，影响信号后续处理的问题，根据OFDM信号帧格式特点，提出了一种OFDM信号多级时域盲均衡方法。本专利技术的原理如下：信号经过无线信道的传输，信号的幅度和相位会产生一定的失真，对于OFDM+MQAM信号，其具体体现为接收端得到的信号星座图产生扭曲和变形，从而影响信号的后续处理。通常情况下，通信系统通过训练码元进行信道估计，进而消除信道的影响。如果接收端缺少训练码元的信息，则一般的均衡方式将无法进行，需要进行盲均衡。对于OFDM信号，其典型的帧结构(如图1所示)中不仅包含帧同步符号(SYN)，而且包含伴随着每一个OFDM符号的循环前缀(CP)，从数据流上看，帧同步符号和循环前缀均存在周期重复特性。利用这两种重复性作为先验信息，即可以进行信道估计并对OFDM信号进行盲均衡，以消除信道带来的影响。本专利技术的具体方案如下：设接收端获得的信号复序列为：x(n)＝I(n)+j×Q(n),n＝1,2,…,N其中，I(n)和Q(n)是正交的信号序列，I(n)对应复序列中的实部，Q(n)对应复序列中的虚部。n为采样点序号，N为总的采样点数。本专利技术中所述的帧同步符号SYN是一个OFDM符号，事实上帧同步符号长度为多少个OFDM符号对该方法没有影响，这里为了便于描述采用这种设置方式。一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法，包括以下步骤：(1)对接收序列利用相关峰搜索方法确定接收信号的帧格式；(2)在步骤(1)中确定了OFDM信号的帧格式后，利用OFDM信号的帧同步符号信息完成对接收信号的第一级时域均衡；(3)对经过步骤(2)均衡后的信号，利用OFDM信号的循环前缀序列完成对接收信号的第二级时域均衡，经该级时域均衡后的信号即是输出信号，可用于信号的后续处理。所述的步骤(1)包括：在接收端对接收信号利用相关峰搜索方法根据重复信号能量差最小的准则，统计获得信号的帧长Lfrm，OFDM符号的长度LS，每个符号内循环前缀长度LCP，并确定FFT的长度Lfft＝LS-LCP；所述的步骤(2)包括：A、初始化第一级时域均衡器系数；B、计算迭代误差，此误差由相邻两个帧同步符号经过矩阵重组之后，与均衡器权值向量进行相乘运算得到的结果的差值来表示；C、根据迭代误差和均衡器的当前权值向量按照相应的关系计算新的均衡器权值向量，作为下一次均衡过程所用的权值向量；D、重复执行上述步骤B和C共计LS-L1+1次，得到第一级时域均衡器权值；E、根据均衡器权值及均衡器的输入信号确定此级均衡器的输出信号；所述的步骤A包括：初始化该级时域均衡器系数：第一阶系数为1，其余系数为0，即w1＝[w1(1),w1(2),w1(3),…,w1(L1)]T＝[1,0,0,…,0]T。所述的步骤B包括：记接收信号的第n帧信号数据的帧同步符号un，第n+1帧信号数据的帧同步符号为un+1，其间距为Lfrm。迭代误差其中，vn(j)＝[un(j+L1-1),un(j+L1-2),…,un(j)]T，un(j)表示第n帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，vn+1(j)＝[un+1(j+L1-1),un+1(j+L1-2),…,un+1(j)]T，un+1(j)表示第n+1帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，j＝1,2,…,LS-L1+1。e1i为当前的误差信号。所述的步骤C包括：下一次均衡所用的均衡器权值向量其中w1为当前均衡器权值向量，e1i为步骤C中的迭代误差，*表示共轭操作，μ1为均衡器调整步长。通过所述的步骤D得到第一级均衡器权值向量w1。所述的步骤E包括：将均衡器权值向量与对应的时域信号相乘，得到经过第一级时域均衡的信号，即第一级时域均衡器输出信号其中，w1为经过步骤D得到的第一级时域均衡器权值向量，上标H表示共轭转置，an为当前处理的帧同步信号所在的OFDM帧信号序列经过矩阵重组的序列矩阵，矩阵中每一列元素组成如下an(i)＝[x(i),x(i-1),x(i-2),…,x(i-L1+1)]T，x(i)为接收信号的第i个采样点。当对下一帧信号进行均衡处理时，从步骤A重新开始均衡过程。所述的步骤(3)包括：F、初始化第二级时域均衡器系数；G、计算迭代误差，此误差由一个OFDM符号内循环前缀和用来复制得到循环前缀的序列经过矩阵重组之后，与均衡器权值向量进行相乘运算得到的结果的差值来表示；H、根据迭代误差和均衡器的当前权值向量按照相应的关系计算新的均衡器权值向量，作为下一次均衡过程所用的权值向量；I、重复执行上述步骤G和H共计LCP-L2+1次，得到第二级时域均衡器权值；J、根据均衡器权值及均衡器的输入信号确定此级均衡器的输出信号，完成对接收信号的时域均衡。所述的步骤F包括：初始化该级时域均衡器系数：第一阶系数为1，其余系数为0，即w2＝[w2(1),w2(2),w2(3),…,w2(L2)]T＝[1,0,0,…,0]T。所述的步骤G包括：记进入第二级时域均衡器的第n个OFDM符号为yn。迭代误差其中，rn(j)＝[yn(j+L2-1),yn(j+L2-2),…,yn(j)]T，yn(j)表示第n个OFDM符号的循环前缀的第j个采样数据，j＝1,2,…,LCP-L2+1。e2i为当前的误差信号。所述的步骤H包括：下一次均衡所用的均衡器权值向量为其中w2为当前均衡器权值向量，e2i为步骤C中的迭代误差，μ2为均衡器调整步长。通过所述的步骤I得到第二级时域均衡器权值向量w2。所述的步骤J包括：将均衡器权值向量与对应的输入时域信号相乘，得到经过第二级时域均衡的信号，即第二级时域均衡器输出信号其中，w2为第二级时域均衡器权值向量，cn为当前处理的OFDM符号经过矩阵重组的序列矩阵，矩阵中每一列元素组成如下cn(i)＝[b(i),b(i-1),b(i-2),…,b(i-L2+1)]T，b(i)为从第一级时域均衡器输出到第二级时域均衡器信号的第i个采样点。当对下一个OFDM符号进行均衡处理时，从步骤F重新开始均衡过程。有益效果在本方法中，确定均衡器系数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对接收序列利用相关峰搜索方法确定接收信号的帧格式，过程如下：在接收端对接收信号利用相关峰搜索方法根据重复信号能量差最小的准则，统计获得信号的帧长Lfrm，OFDM符号的长度LS，每个符号内循环前缀长度LCP，并确定FFT的长度Lfft＝LS‑LCP；步骤2：在步骤1中确定了OFDM信号的帧格式后，利用OFDM信号的帧同步符号信息完成对接收信号的第一级时域均衡，均衡过程包括以下步骤：(1)第一级时域均衡器采用的级数为L1，初始化该级时域均衡器系数：第一阶系数为1，其余系数为0，即w1＝[w1(1),w1(2),w1(3),…,w1(L1)]T＝[1,0,0,…,0]T；(2)计算迭代误差，此误差由相邻两个帧同步符号经过矩阵重组之后，与均衡器权值向量进行相乘运算得到的结果的差值来表示，形式化描述如下：e1(i)=w1Hvn(j)-w1Hvn+1(j);]]>其中，e1i为当前的误差信号，vv(j)＝[un(j+L1‑1),un(j+L1‑2),…,un(j)]T，un(j)表示第n帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，un为接收信号的第n帧信号数据的帧同步符号，vn+1(j)＝[un+1(j+L1‑1),un+1(j+L1‑2),…,un+1(j)]T，un+1(j)表示第n+1帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，un+1为第n+1帧信号数据的帧同步符号，j＝1,2,…,LS‑L1+1；(3)根据迭代误差和均衡器的当前权值向量按照相应的关系计算新的均衡器权值向量，作为下一次均衡过程所用的权值向量，新的均衡器权值向量w′1的计算公式如下：w1′=w1-2μ1e1*(i)(vn(j)-vn+1(j));]]>其中w1为当前均衡器权值向量，e1(i)为步骤(2)中的迭代误差，*表示共轭操作，μ1为均衡器调整步长；(4)重复执行上述步骤(2)和(3)共计LS‑L1+1次，得到第一级时域均衡器权值向量w1；(5)根据均衡器权值及均衡器的输入信号确定此级均衡器的输出信号，输出信号的计算过程以及后续的处理如下：将均衡器权值向量与对应的时域信号相乘，得到经过第一级时域均衡的信号，即第一级时域均衡器输出信号bn，bn的计算公式如下：bn=w1Han;]]>其中，w1为经过步骤(4)得到的第一级时域均衡器权值向量，上标H表示共轭转置，an为当前处理的帧同步信号所在的OFDM帧信号序列经过矩阵重组的序列矩阵，矩阵中每一列元素组成如下an(i)＝[x(i),x(i‑1),x(i‑2),…,x(i‑L1+1)]T，x(i)为接收信号的第i个采样点；当对下一帧信号进行均衡处理时，若检测到后续还有其他帧数据，则均衡过程从步骤A重新开始；若是最后一帧数据，则均衡器权值向量不进行更新，使用上一帧数据得到的均衡器权值向量完成对最后一帧数据的均衡；步骤3：对经过步骤2均衡后的信号，利用OFDM信号的循环前缀序列完成对接收信号的第二级时域均衡，经该级时域均衡后的信号即是输出信号，可用于信号的后续处理，均衡过程包括以下步骤：(1)第二级时域均衡器采用的级数为L2，初始化该级时域均衡器系数：第一阶系数为1，其余系数为0，即w2＝[w2(1),w2(2),w2(3),…,w2(L2)]T＝[1,0,0,…,0]T；(2)计算迭代误差，此误差由一个OFDM符号内循环前缀和用来复制得到循环前缀的序列经过矩阵重组之后，与均衡器权值向量进行相乘运算得到的结果的差值来表示，形式化描述如下：e1(i)=w2Hrn(j)-w2Hrn+1(j+Lfft);]]>其中，e2(i)为当前的误差信号，rn(j)＝[yn(j+L2‑1),yn(j+L2‑2),…,yn(j)]T，yn(j)表示第n个OFDM符号的循环前缀的第j个采样数据，j＝1,2,…,LCP‑L2+1；(3)根据迭代误差和均衡器的当前权值向量按照相应的关系计算新的均衡器权值向量，作为下一次均衡过程所用的权值向量，新的均衡器权值向量w′2的计算公式如下：w2′=w2-2μ2e2*(i)(rn(j)-rn+1(j+Lfft));]]>其中w2为当前均衡器权值向量，e2i为步骤(2)中的迭代误差，μ2为均衡器调整步长；(4)重复执行上述步骤(2)和(3)共计LCP‑L2+1次，得到第二级时域均衡器权值向量w2；(5)根据均衡器权值及均衡器的输入信号确定此级均衡器的输出信号，完成对接收信号的时域均衡；输出信号的计算过程如下：将均衡器权值向量与对应的输入时域信号相乘，得到经过第二级时域均衡的信号，即第二级时域均衡器输出信号dn，dn的计算公式如下：dn=w2Hcn;]]>其中，w2为第二级时域均衡器权值向量，cn为当前处理的OF...

【技术特征摘要】
1.一种OFDM信号的多级时域盲均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对接收序列利用相关峰搜索方法确定接收信号的帧格式，过程如下：在接收端对接收信号利用相关峰搜索方法根据重复信号能量差最小的准则，统计获得信号的帧长Lfrm，OFDM符号的长度LS，每个符号内循环前缀长度LCP，并确定FFT的长度Lfft＝LS-LCP；步骤2：在步骤1中确定了OFDM信号的帧格式后，利用OFDM信号的帧同步符号信息完成对接收信号的第一级时域均衡，均衡过程包括以下步骤：(1)第一级时域均衡器采用的级数为L1，初始化该级时域均衡器系数：第一阶系数为1，其余系数为0，即w1＝[w1(1),w1(2),w1(3),…,w1(L1)]T＝[1,0,0,…,0]T；(2)计算迭代误差，此误差由相邻两个帧同步符号经过矩阵重组之后，与均衡器权值向量进行相乘运算得到的结果的差值来表示，形式化描述如下：其中，e1(i)为当前的误差信号，vn(j)＝[un(j+L1-1),un(j+L1-2),…,un(j)]T，un(j)表示第n帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，un为接收信号的第n帧信号数据的帧同步符号，vn+1(j)＝[un+1(j+L1-1),un+1(j+L1-2),…,un+1(j)]T，un+1(j)表示第n+1帧信号数据的帧同步符号的第j个采样数据，un+1为第n+1帧信号数据的帧同步符号，j＝1,2,…,LS-L1+1；(3)根据迭代误差和均衡器的当前权值向量按照相应的关系计算新的均衡器权值向量，作为下一次均衡过程所用的权值向量，新的均衡器权值向量w′1的计算公式如下：其中w1为当前均衡器权值向量，e1(i)为步骤(2)中的迭代误差，*表示共轭操作，μ1为均衡器调整步长；(4)重复执行上述步骤(2)和(3)共计LS-L1+1次，得到第一级时域均衡器权值向量w1；(5)根据均衡器权值及均衡器的输入信号确定此级均衡器的输出信号，输出信号的计算过程以及后续的处理如下：将均衡器权值向量与对应的时域信号相乘，得到经过第一级时域均衡的信号，即第一级时域均衡器输出信号bn，bn的计算公式如下：其中，w1为经过步骤(4)得到的第一级时域均衡器权值向量，上标H表示共轭转置，an为当前处理的帧同步信号所在的OFDM帧信号序列经过矩阵重组的序列矩阵，矩阵中每一列元素组...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，袁莹莹，张徐绮，职如昕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11