交织OFDMA上行链路系统的载波频偏估计方法技术方案

本发明专利技术属于宽带无线接入领域，其特征在于，该方法通过改造接收机的信号结构，使得接收信号以每个子信道中的子载波数作为其周期，以便接收机对该信号依次进行数据重组、计算协方差矩阵、计算Ｊａｃｏｂｉ特征值和特征向量后，再采用ＡＩＣ准则估计用户的个数，在计算出频偏谱后，通过粗估计、精确估计两个阶段从而得到用户载波频偏的估计值。实验证明，得到的用户频偏的估计值接近于实际值。

【技术实现步骤摘要】
交织OFDMA上行链路系统的载波频偏估计方法
本专利技术属于宽带无线接入
，特别涉及一种采用交织(Interleaved)子载波分配方法的正交频分复用多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access，OFDMA)上行链路系统的载波频偏估计方法。
技术介绍
近年来，在宽带无线通信系统中都采用了OFDM或OFDMA技术。OFDM/OFDMA以其抗多径衰落能力强，频谱利用率高等特点，已经成为下一代移动通信中最具竞争力的传输技术之一。OFDMA是指在多用户OFDM系统中，通过为每个用户分配不同的子载波，从而得到的一种新的多址方式。在OFDMA系统中，用户占用不同的子载波，因此多个用户可以同时进行数据传输；并且由于各个子载波之间相互交叠，不需要为每个用户加入保护频带，从而提高了频谱利用率；同时子载波的正交性可以防止载波间干扰(inter-carrier interference，ICI)以及用户间干扰(multiuser interference，MUI)。因此，作为一种灵活的多址方式，并且随着WiMAX技术的广泛推广，OFDMA必将成为未来宽带无线移动通信系统中最具竞争力的空中接口标准。但是OFDMA系统对载波频偏(Carrier Frequency Offset，CFO)很敏感，CFO不仅会导致本用户信号幅度的衰减，而且还会引起本用户子载波间的自干扰(sefl-ICI)，同时还存在由其他用户的频率偏移所引起的用户间干扰。为了获得理想的性能，用户与基站之间的载波必须保持同步，例如：在IEEE 802.16d/e协议中就要求载波频率的偏差应小于子载波间隔的2％。因此载波频率同步是影响OFDMA应用前景的关键问题。其中CFO估计是载波频率同步的主要任务。在CFO估计方面，大量的研究都是针对于单用户或下行链路OFDM系统的，然而这些频率偏差估计方法不适用于多用户上行链路系统中，因为在估计每个用户的频偏参数时，首先要将该用户的信号同其他用户的信号分离开，所以OFDMA系统的子载波分配方案与频偏的估计方法是紧密联系的。在OFDMA系统中，主要有两种子载波分配方法：块(Block)方法和交织(Interleaved)方法，如图1所示。前者是将整个频带划分为若干个连续的子频带，每个用户占据一个或几个子频带；而后者分配给每个用户的子载波是交织分布在整个频带内的。块分配方法的频率分集度-->不高，可能会造成某个用户的子载波完全处于深衰落之中；而且用户之间需要子载波保护间隔，这样就会导致接入用户的个数减少。交织分配方法可以提供最大的频率分集和信道分集，但是由于不同用户的子载波相距较近，因此该方法容易引入用户间干扰。目前还没有可行的方法解决交织OFDMA上行链路系统中载波频偏的估计问题，而通过构造接收机的信号结构，借鉴现有DOA估计方法，例如多重信号分类法(MUSIC)，采用一个OFDMA符号块则可以实现多个用户频偏的联合估计。
技术实现思路
提出本专利技术的目的是为了解决交织OFDMA上行链路系统中多用户载波频偏的估计问题，首先分析了交织OFDMA上行链路系统的信号结构，在此基础上提出了一种基于子空间的两阶段频偏搜索方法。本专利技术的特征在于，在交织OFDMA上行链路的发射端，在集成电路芯片上依次按照以下步骤来构造接收端接收到的OFDM信号的信号结构：步骤a：把用户m在一个OFDMA符号块内的P个调制符号{S0(m)，S1(m)，…，SP-1(m)}输入到一个子载波映射电路，即把{Sp(m)}p＝0P-1映射到N个子载波上，得到{Xi(m)}i＝0N-1，其对应关系为：其中，i＝0，1，…，N-1表示频率采样序号，p＝0，1，2，…，P-1为该P个调制符号的序号，Q为子信道数，满足M≤Q，M为用户个数，q(m)为第m个用户所占用的子信道序号，q(m)∈{0，1，…，Q-1}；步骤b：把步骤a中得到的{Xi(m)}i＝0N-1输入到一个N点的IFFT运算电路，转化为时域OFDM信号；步骤c：把步骤b的时域OFDM信号后面的NCP个数据通过一个移位寄存器插入沿时间轴排列的OFDM信号之前，完成插入循环前缀的操作；步骤d：把步骤c得到的已完成插入循环前缀操作的时域OFDM信号送往一个并/串变换电路，从而转化为串行OFDM信号，用x(m)(n)表示；步骤e：把步骤d得到的串行OFDM信号送往一个数/模转换电路转化为模拟信号，用x(m)(t)表示；步骤f：把步骤e得到的模拟信号输入到一个载波调制电路后，再通过天线把时域OFDM信号发射出去；-->在接收端，在集成电路芯片上依次按以下步骤进行基于子空间的两阶段频偏搜索操作：步骤g：接收端把接收到的时域OFDM信号输入到另一个移位寄存器以去掉CP，得到的包含所有用户信号的OFDMA符号：r(n)=Σm=1Mr(m)(n)]]>其中r(m)(n)表示第m个用户的OFDM符号：r(m)(n)=Σp=0P-1Hp(m)Sp(m)ej2πN(pQ+q(m)+ϵ(m))n]]>=ej2πN(q(m)+ϵ(m))nΣp=0P-1Hp(m)Sp(m)ej2πPpn]]>其中，n＝0，1，…，N-1表示时域采样序号，ε(m)∈(-0.5，0.5)为第m个用户的归一化频偏：ϵ(m)=Δf(m)Δf]]>Δf(m)表示用户m的频偏，而Δf表示子载波间隔，则{Δf(m)}m＝0M表示所有用户的频偏；Hp(m)表示用户m在第(pQ+q(m))个子载波上的信道频率响应，其表达式为：Hp(m)=Σl=1L(m)αl(m)e-j2π(q(m)+pQ)Δfτl(m)]]>其中，αl(m)和τl(m)分别为第l条路径的复增益和时间延迟，L(m)为总的路径数；步骤h：把步骤g得到的r(n)输入到一个串/并存储转换器，对剩余的N点采样信号进行数据重组，得到一个OFDM符号块的矩阵表达式Y，Y＝A+Z＝VS+Z；其中，Z为Q×P维的加性高斯白噪声矩阵；步骤i：把步骤h得到的矩阵Y输入到一个协方差矩阵计算电路，得到矩阵Y的协方差矩阵估计值Ψ^=1PYYH=1PΣl=1PylylH]]>(·)H表示共轭转置；-->步骤j：采用Jacobi特征值分解电路对进行特征值分解，得到的特征值和特征向量，并通过比较器把特征值按从大到小的顺序排列，得到：              λ1≥λ2≥…≥λM≥λM+1≥…≥λQ相应的特征向量表示为：u1=u1,1u1,2···u1,Q,u2=u2,1u2,2···u2,Q,···,uQ=uQ,1uQ,2···uQ,Q]]>步骤k：采用AIC用户个数估计电路得到用户个数的估计值M^=argminm{2m(2Q-m)+2P(本文档来自技高网...

【技术保护点】
交织ＯＦＤＭＡ上行链路系统的载波频偏估计方法，其特征在于：在交织ＯＦＤＭＡ上行链路的发射端，在集成电路芯片上依次按照以下步骤来构造接收端接收到的ＯＦＤＭ信号的信号结构：步骤ａ：把用户ｍ在一个ＯＦＤＭＡ符号块内的Ｐ个调制符号｛ Ｓ↓［０］↑［（ｍ）］，Ｓ↓［１］↑［（ｍ）］，…，Ｓ↓［Ｐ－１］↑［（ｍ）］｝输入到一个子载波映射电路，即把｛Ｓ↓［ｐ］↑［（ｍ）］｝↓［ｐ＝０］↑［Ｐ－１］映射到Ｎ个子载波上，得到｛Ｘ↓［ｉ］↑［（ｍ）］｝↓［ｉ＝０］↑［Ｎ－１］，其对应关系为：＊＊＊其中，ｉ＝０，１，…，Ｎ－１表示频率采样序号，ｐ＝０，１，２，…，Ｐ－１为该Ｐ个调制符号的序号，Ｑ为子信道数，满足Ｍ≤Ｑ，Ｍ为用户个数，ｑ↑［（ｍ）］为第ｍ个用户所占用的子信道序号，ｑ↑［（ｍ）］∈｛０，１， …，Ｑ－１｝；步骤ｂ：把步骤ａ中得到的｛Ｘ↓［ｉ］↑［（ｍ）］｝↓［ｉ＝０］↑［Ｎ－１］输入到一个Ｎ点的ＩＦＦＴ运算电路，转化为时域ＯＦＤＭ信号；步骤ｃ：把步骤ｂ的时域ＯＦＤＭ信号后面的Ｎ↓［ＣＰ］个数据通过一个移位寄存器插 入沿时间轴排列的ＯＦＤＭ信号之前，完成插入循环前缀的操作；步骤ｄ：把步骤ｃ得到的已完成插入循环前缀操作的时域ＯＦＤＭ信号送往一个并／串变换电路，从而转化为串行ＯＦＤＭ信号，用ｘ↑［（ｍ）］（ｎ）表示；步骤ｅ：把步骤ｄ得到的串 行ＯＦＤＭ信号送往一个数／模转换电路转化为模拟信号，用ｘ↑［（ｍ）］（ｔ）表示；步骤ｆ：把步骤ｅ得到的模拟信号输入到一个载波调制电路后，再通过天线把时域ＯＦＤＭ信号发射出去；在接收端，在集成电路芯片上依次按以下步骤进行基于子 空间的两阶段频偏搜索操作：步骤ｇ：接收端把接收到的时域ＯＦＤＭ信号输入到另一个移位寄存器以去掉ＣＰ，得到的包含所有用户信号的ＯＦＤＭＡ符号：ｒ（ｎ）＝＊ｒ↑［（ｍ）］（ｎ）其中ｒ↑［（ｍ）］（ｎ）表示第ｍ个用户的ＯＦ ＤＭ符号：ｒ↑［（ｍ）］（ｎ）＝＊Ｈ↓［ｐ］↑［（ｍ）］Ｓ↓［ｐ］↑［（ｍ）］ｅ↑［ｊ２π／Ｎ（ｐＱ＋ｑ↑［（ｍ）］＋ε↑［（ｍ）］）↓［ｎ］］＝ｅ↑［ｊ２π／Ｎ（ｑ↑［（ｍ）］＋ε↑［（ｍ）］）↓［ｎ］＊Ｈ↓［ｐ］↑［（ｍ）］Ｓ↓ ［ｐ］↑［（ｍ）］ｅ↑［ｊ２π／Ｐｐｎ］其中，ｎ＝０，１，…，Ｎ－１表示时域采样序号，ε↑［（ｍ）］∈（－０．５，０．５）为第...

【技术特征摘要】
1、交织OFDMA上行链路系统的载波频偏估计方法，其特征在于：在交织OFDMA上行链路的发射端，在集成电路芯片上依次按照以下步骤来构造...

【专利技术属性】
技术研发人员：范达，曹志刚，樊平毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]