应用OFDM系统的多普勒频偏估计方法及系统、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法及系统、装置，构造用于多普勒频偏估计的估偏参考信号，并发射所述估偏参考信号；所述估偏参考信号包括至少一非零功率子载波与若干零功率子载波；接收所述估偏参考信号，得到接收参考信号；根据所述估偏参考信号与接收参考信号的非零功率子载波，计算粗频偏；根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿；对经频偏补偿的解调参考信号进行残余频偏估计与信道估计。本发明专利技术可估计超过子载波间隔的大多普勒频偏，对于超高移动场景下多普勒频偏估计与接收解调性能提升具有显著效果。频偏估计与接收解调性能提升具有显著效果。频偏估计与接收解调性能提升具有显著效果。

【技术实现步骤摘要】
应用OFDM系统的多普勒频偏估计方法及系统、装置


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法及系统、装置。

技术介绍

[0002]正交频分复用调制(Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM)技术是当前无线宽带移动通信系统的主流信号调制形式，具有频谱效率高、调制解调效率高、抗多径等显著优势。其基本原理是通过多个子载波的正交叠加，既能保证各个子载波之间无干扰地解调，又能减少总频谱的宽度从而提高频谱效率。然而，无线宽带移动通信不可避免地受到因移动而引起的多普勒频偏的影响。多普勒频偏将破坏子载波之间的正交性，在OFDM信号解调时引起子载波间干扰(Inter
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carrier Interference, ICI)，降低了解调性能，因此在宽带传输或者高移动性场景，通常需要进行多普勒频偏估计及补偿，以改善OFDM解调性能。
[0003]另一方面，随着移动无线通信业务需求的发展，无线网络需要提供传输服务的场景越来越复杂。高速移动场景是其中重要的场景之一，例如，时速大于500km/h的高速列车通信、机载通信、低轨卫星通信等等。此类场景中通常存在较大的多普勒频偏，特别是对于高频段的传输、以及低轨卫星此类超高速移动平台，较大的多普勒频偏将严重影响OFDM解调性能。
[0004]多径时延的变化导致多普勒频移，在复杂多径环境下多普勒扩展程度加剧，表现为多普勒频率延展、最大多普勒频偏增加。通过扇区化接收估计多普勒频偏、子空间估计方法、频域自相关估计方法进行改善。一个扇区化接收减少多普勒频偏量的示例如图1所示。扇区化需要特殊硬件结构，如天线和多路计算支持，软硬件复杂度较高，且针对不同场景的扇区化方案需要进行专门设计，缺乏灵活性，使用成本较高。并且，每个扇区内估计多普勒频偏，仍然依赖传统的多普勒频偏估计方法，传统的估计方法通常只能估计不大于子载波间隔的多普勒频偏，因此扇区化接收方法并不保证总能正确估计较大的多普勒频偏。
[0005]而子空间估计方法不需要特殊硬件支持，仅通过对采样数据进行运算完成多普勒频偏估计。然而，由于相位具有2π周期性，因此当较大多普勒频偏造成信号相位偏移超过2π时，就不能正确识别相应的相位偏移及对应的多普勒频偏。当多普勒频偏大于子载波间隔时，子空间类方法无法正确识别多普勒频偏。
[0006]与子空间类方法类似，频域自相关估计方法不需要特殊硬件支持，仅通过对采样数据进行运算完成多普勒频偏估计。然而，由于相位具有2π周期性，因此当较大多普勒频偏造成信号相位偏移超过2π时，就不能正确识别相应的相位偏移及对应的多普勒频偏。当多普勒频偏大于子载波间隔时，频域自相关方法无法正确识别多普勒频偏。
[0007]在收发机相对高速移动时，产生较大多普勒频偏，将破坏OFDM信号子载波之间的正交性，抬升子载波间干扰（ICI），降低解调信噪比和频谱效率，因此移动场景下通常需要进行多普勒频偏估计及补偿。OFDM子载波之间严格以子载波半带宽间隔排列，以保证正交
性的同时最大化频谱利用率。在一般场景下，多普勒频偏不超过子载波间隔时，现有的频偏估计方法能够有效估计该频偏。然而在高速移动场景，多普勒频偏可能超过子载波间隔，当前算法无法有效估计此类大频偏。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法及系统、装置，可估计超过子载波间隔的大多普勒频偏，对于超高移动场景下多普勒频偏估计与接收解调性能提升具有显著效果。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面公开了一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法，本方法包括以下步骤：构造用于多普勒频偏估计的估偏参考信号，发射所述估偏参考信号；所述估偏参考信号包括至少一非零功率子载波与若干零功率子载波；接收所述估偏参考信号，得到接收参考信号；根据所述估偏参考信号与接收参考信号的非零功率子载波，计算粗频偏；根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿；对经频偏补偿的解调参考信号进行残余频偏估计。
[0010]在一些实施方式中，根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿，具体为，其中为解调参考信号，为非零功率子载波位置，为接收参考信号经过OFDM解调后，子载波功率大于预设阈值、且与估偏参考信号非零功率子载波距离最小的非零功率输出子载波序号；N为OFDM符号的子载波个数。
[0011]在一些实施方式中，根据所述估偏参考信号与接收参考信号的非零功率子载波，计算粗频偏，具体为，对所述接收参考信号进行采样与FFT运算，得到子载波上的解调信号与噪声；比对所述接收参考信号与估偏参考信号，计算得到所述接收参考信号的非零功率子载波的位置，相对于估偏参考信号的非零功率子载波的位置偏移量；根据所述位置偏移量，估计多普勒频偏中跨子载波部分，得到粗频偏。
[0012]在一些实施方式中，计算粗频偏，具体为，对所述接收参考信号进行采样与FFT运算，得到子载波上的解调信号与噪声；其中，和分别为第个符号第个子载波上的解调信号和噪声，为子载波个数，则是子载波间的干扰，表示由多径引起的子载波对子载波的干扰增益；
其中，为多径数，为径的时延，为在第个径在第个符号的第个采样点时刻的信道冲激响应；定义发射估偏参考信号中非零功率子载波序号为，接收参考信号经过OFDM解调后，子载波功率大于预设阈值、且与估偏参考信号非零功率子载波距离最小的非零功率输出子载波序号为；以表示预设功率门限，估偏参考信号的子载波中功率大于预设门限的集合为，为第个符号第个子载波上的解调信号，有：则有；此时，粗频偏为其中为子载波间隔。
[0013]在一些实施方式中，根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿，具体为，其中为解调参考信号，为非零功率子载波位置，为接收参考信号经过OFDM解调后，子载波功率大于预设阈值、且与估偏参考信号非零功率子载波距离最小的非零功率输出子载波序号；N为OFDM符号的子载波个数。
[0014]在一些实施方式中，构造用于多普勒频偏估计的估偏参考信号，还包括以下步骤：获取若干个参考信号，将所有参考信号的基本结构前后连接，构成估偏参考信号；其中每个基本结构包括单个非零功率与若干零功率子载波。
[0015]在一些实施方式中，在OFDM解调前的时域或者在OFDM解调后的频域对所述解调参考信号进行粗频偏补偿。
[0016]在一些实施方式中，通过自相关类方法或者子空间类方法对经频偏补偿的解调参考信号进行残余频偏估计。
[0017]第二方面，本专利技术公开了一种多普勒频偏估计系统，包括估偏参考信号生成模块，生成用于多普勒频偏估计的估偏参考信号，所述估偏参考信号包括至少一非零功率符号与若干零功率符号；估偏参考信号发射模块，发射估偏参考信号；估偏参考信号接收模块，接收所述估偏参考信号，得到接收参考信号；粗频偏估计模块，根据所述估偏参考信号与接收参考信号计算粗频偏；残余频偏估计模块，根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：构造用于多普勒频偏估计的估偏参考信号，并发射所述估偏参考信号；所述估偏参考信号包括至少一非零功率子载波与若干零功率子载波；接收所述估偏参考信号，得到接收参考信号；根据所述估偏参考信号与接收参考信号的非零功率子载波，计算粗频偏；根据所述粗频偏，对解调参考信号进行频偏补偿；对经频偏补偿的解调参考信号进行残余频偏估计。2.根据权利要求1所述的一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法，其特征在于，所述估偏参考信号具有以下基本结构：其中，K为长度，为非零功率子载波位置，为预设的非零功率符号值。3.根据权利要求2所述的一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法，其特征在于，根据所述估偏参考信号与接收参考信号的非零功率子载波，计算粗频偏，具体为，对所述接收参考信号进行采样与FFT运算，得到子载波上的解调信号与噪声；比对所述接收参考信号与估偏参考信号，计算得到所述接收参考信号的非零功率子载波的位置，相对于估偏参考信号的非零功率子载波的位置偏移量；根据所述位置偏移量，估计多普勒频偏中跨子载波部分，得到粗频偏。4.根据权利要求2或3所述的一种应用于OFDM系统的多普勒频偏估计方法，其特征在于，计算粗频偏，具体为，对所述接收参考信号进行采样与FFT运算，得到子载波上的解调信号与噪声；其中，和分别为第个符号第个子载波上的解调信号和噪声，为子载波个数，则是子载波间的干扰，表示由多径引起的子载波对子载波的干扰增益；其中，为多径数，为径的时延，为在第个径在第个符号的第个采样点时刻的信道冲激响应；定义发射估偏参考信号中非零功率子载波序号为，接收参考信号经过OFDM解调后，子载波功率大于预设阈值、且与估偏参考信号非零功率子载波距离最小的非零功率输出子载波序号为；为预设功率门限，估偏参考信号的子载波中功率大于预设门限的集合为，为第个符号第个子载波上的解调信号，有：
则有；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗泽宙，王志刚，
申请(专利权)人：广东省新一代通信与网络创新研究院，
类型：发明
国别省市：