带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法技术方案

本发明专利技术提供一种带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法，涉及通信领域，能够对载波频率偏移估计准确，误差较小。本发明专利技术提供的带有时变直流偏移（TV-DCO）的正交分频复用（OFDM）系统的载波频率偏移（CFO）估计方法包括：建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型；通过DCO补偿和功率泄露最小化的方法估计CFO。本发明专利技术实施例主要用于载波频率偏移估计的过程中。

【技术实现步骤摘要】
带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法
本专利技术涉及通信
，特别是指一种带有时变直流偏移的正交分频复用系统的载波频率偏移估计方法。
技术介绍
在无线通信中，正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，简称OFDM)技术是一种很有前途的技术，具有高效的频谱利用，对信道的多径衰落具有鲁棒性，并且可以基于快速傅立叶变换(FFT)和逆FFT(IFFT)简单实现，因此已经被新兴的无线系统广泛采用，诸如数字音频广播(DAB)，数字视频广播(DVB)，无线局域网络(WLAN)，3GPP长期演进(LTE)等。但是，OFDM在实际应用中很容易受到各种干扰的影响。载波频率偏移(CFO)是人们最为熟悉的OFDM干扰之一。它会产生载波间干扰(ICI)，从而降低OFDM的性能。为了减少负面影响，在OFDM的接收过程中需要对CFO进行估计和相应的补偿。现有技术提供的OFDM系统的CFO估计一般采用最大似然(ML)估计，这种方法用于在加性高斯白噪声(AWGN)信道中OFDM系统的CFO估计，而在多径色散信道中其性能将恶化。进一步地，现有技术还提出了一种盲CFO估计方法，经证实它的性能等效于衰落信道中最大似然的盲CFO估计。除CFO以外，OFDM也可能受到其他干扰的影响，比如直流偏移(DCO)。近几年，为了节约成本和功耗效率，移动接收器架构已经从超外差演化到直接变频。DCO是直接变频式接收机(DCR)的一种最常见的干扰。它来自本地振荡器(LO)信号或射频(RF)信号的自混合，由于混频器输入端口之间有限的隔离，如在图1所示。在OFDM系统中，DCO不仅降低解调性能，而且也影响CFO估计。OFDM系统中静态DCO的CFO估计已经得到了很好的解决，可以通过模拟高通滤波器(HPF)滤除，或在数字域进行数据辅助的补偿或盲补偿。除了静态DCO，DCR还可以引入随时间变化的DCO(TV-DCO)。在OFDM系统中，为了覆盖衰落OFDM信号的高动态范围，DCR通常采用多种增益模式的低噪声放大器(LNA)。在图2中所示的增益模式开关阶段期间，DCO电平可能突变，而突变的高频分量可通过低噪声放大器(LNA)后的HPF，这导致了时变直流偏移(TV-DCO)的产生。只有少数研究涉及带有TV-DCO的OFDM系统的CFO估计。现有技术提出用差分滤波器(DFE)抑制TV-DCO对CFO估计的影响。此外，还提出最小二乘估计(LSE)算法，这种算法的性能比DFE更好，但具有较高的计算量。DFE和LSE算法可以分别扩展用于解决TV-DCO和同相/正交(I/Q)不平衡的OFDM系统的CFO估计。图1展示了DCR中DCO的产生。图2展示了在LNA增益模式切换阶段TV-DCO的产生。目前已有对于带有TV-DCO的OFDM系统进行CFO估计的算法，例如DFE和LSE，均为数据辅助算法。它们依赖于传输的训练序列，从而降低了有效数据传输速率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法，其估计方法准确性高，误差小。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法，包括：建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型，其中，CFO表示载波频率偏移，DCO表示直流偏移，TV-DCO表示随时间变化的直流偏移，所述数学模型表示为rN(m)＝PN(ε)UNxK(m)+INa(m)+cNb(m)+wN(m)；通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO。所述建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型中：接收到的矢量样本为：其中，m表示第m个OFDM块；实子载波为：其中，S(k,m)是映射到第m个OFDM块的第k个子载波的调制码元；H(k,m)是相应频域信道的响应，φ(m)表示一个累积的相位偏移；噪声符号为：其中，T表示矩阵的转置，和分别表示长度为N的全1向量和长度为N的线性矢量，PN(ε)表示ε引起的增量相位偏移，ε表示子载波间隔归一化的CFO。实子载波的离散傅里叶逆变换(IDFT)用一个N×K阶的矩阵UN表示，其中第(n,l)项的输入是ul∈Cr所述通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO包括：无DCO信号yN(m)通过加权线性组合的方式获得，即其中，和加权矢量满足b(m)go(0)+g0(2)＝0和a(m)go(0)+go(1)＝0，其中，a(m)和b(m)分别代表第m个OFDM块内TV-DCO静态和线性的变化部分。在获得无DCO信号yN(m)之后包括：构建代价函数：，通过rN(m)，IN和cN与一个加权矢量g的第一线性组合来抑制DCO，用特征值v补偿CFO，然后将联合信号映射到虚子载波上，其中，其中||.||2表示2-范数，VN是一个N×(N-K)的矩阵，H表示共轭转置，PN(-v)表示-v引起的增量相位偏移，-v表示子载波间隔归一化的CFO。在获得f(v,g)之后包括：其中其中，表示表示对ε的估计，表示对g的估计。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，基于TV-DCO的线性近似性，为CFO估计提出了一种盲算法，该方法共包括2个步骤：1)建立数学模型；2)提出对CFO的估计方法，通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO，该方法被命名为LVD-EDE，即存在线性变化DCO中的EDE，该LVD-EDE方法有效，且误差小，优于现有的其它方法。附图说明图1为现有技术中DCR中DCO的产生示意图；图2为现有技术中LNA增益模式转换阶段TV-DCO的产生示意图；图3为本专利技术实施例中带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法流程图；图4为本专利技术实施例中带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法的总体方案示意图；图5为本专利技术实施例中感兴趣的SNR范围内的CFO估计性能(ε＝0.1)示意图；图6为本专利技术实施例中感兴趣的CFO范围内的CFO估计性能(SNR＝40dB)示意图；图7为本专利技术实施例中DCO和CFO补偿后的SER示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的载波频率偏移估计方法准确性低，误差大的问题，提供一种带有时变直流偏移正交分频复用系统的载波频率偏移估计方法。如图3和图4所示，本专利技术的实施例提供一种带有时变直流偏移(TV-DCO)的正交分频复用(OFDM)系统的载波频率偏移(CFO)估计方法，该方法包括：步骤101、建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型；步骤102、通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO。在本专利技术实施例中，基于TV-DCO的线性近似性，为CFO估计提出了一种盲算法，该方法共包括2个步骤：1)建立数学模型；2)提出对CFO的估计方法，通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO，该方法被命名为LVD-EDE，即存在线性变化DCO中的EDE，该LVD-EDE方法有效，且误差小，优于现有的其它方法。具体地，在步骤101中，假设一个OFDM系统共有N个子载波，其中数据传输所占用的K个子载波被称为是实子载波，其他未被占据的N-K个子载波称为虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法，其特征在于，包括：?建立带有CFO和TV?DCO的OFDM系统的数学模型；?通过DCO补偿和功率泄露最小化的方法估计CFO。

【技术特征摘要】
1.一种带有时变直流偏移的OFDM系统的载波频率偏移估计方法，其特征在于，包括：建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型，其中，CFO表示载波频率偏移，DCO表示直流偏移，TV-DCO表示随时间变化的直流偏移，所述数学模型表示为rN(m)＝PN(ε)UNxK(m)+INa(m)+cNb(m)+wN(m)；通过DCO补偿和功率泄漏最小化的方法估计CFO；其中，所述建立带有CFO和TV-DCO的OFDM系统的数学模型中：接收到的矢量样本为：其中，m表示第m个OFDM块；实子载波为：其中，S(k,m)是映射到第m个OFDM块的第k个子载波的调制码元；H(k,m)是相应频域信道的响应，φ(m)表示一个累积的相位偏移；噪声符号为：其中，T表示矩阵的转置，和分别表示长度为N的全1向量和长度为N的线性矢量，PN(ε)表示ε引起的增量相位偏移，ε表示子载波间隔归一化的CFO；实子载波的离散傅里叶逆变换(IDFT)用一个N×K...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，胡广大，李欢，张鹏程，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：