[发明专利]基于加权导频的相位跟踪补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位跟踪补偿方法，尤其是一种基于加权导频的相位跟踪补偿方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种无线环境下的多载波并行传输技术，具有高效的频谱利用率、优良的抗窄带干扰和多径衰落能力。在目前的许多无线应用中，例如，数字音频广播(DBA，Digital Audio Broadcast)、数字视频广播(DVB，Digital Video Broadcast)、WLAN(IEEE802.11a和IEEE802.11g)以及WiMAX(IEEE802.16)等均使用了OFDM技术，它是业界公认的第四代无线移动通信中的关键技术。OFDM的基本思想是在频域内将给定的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，所有子载波之间具有正交性，并且各子载波并行传输。这样一来，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的(频带窄)，信号带宽小于信道的相对带宽，因此可以大大消除信号波形间的干扰。

虽然OFDM系统较单载波系统能更充分地利用频带，但相对增加的符号周期会使得其对频率偏移较单载波通信系统更加敏感。造成频率偏移的原因主要有Doppler频移、发射机和接收机晶振的不稳定性等，这些都容易造成子载波干扰和误码率的增加。

OFDM系统对载波的正交性有着严格的要求，通常将相位噪声定义为载波相位和本地晶振相位之差，相位噪声对OFDM系统的影响不容忽视。由于移动终端使用的调谐器的功率谱不是理想的Dirac函数，而是具有一定的带宽，该带宽即为相位噪声的影响。在OFDM系统中，其作用于频偏类似，相位噪声产生的星座图旋转可以通过导频来校正。

每个OFDM符号的子载波中都有四个是用于导频信号的，用来保证在频率发生漂移和存在相位噪声的情况下进行稳定的相干检测。这些导频信号被插在编号为-21、-1、7、21的子载波的位置上，它们由一个二进制序列伪码进行BPSK调制，以防止谱线的产生。

频率偏移估计并不能完全估计出准确的频率偏移值，也就是说频率偏移估计不是完全理想的，总会有些残留的载波频率偏差，这些残留的载波频率偏差可以和相位偏差一同进行校正。这些残留的频率偏差即使在系统允许的范围之内，那么也会导致星座图上点的旋转。图1给出了IEEE802.11a系统在10个OFDM符号期间，SNR为12dB，残留载波频率偏差为3KHz(约占子载波间隔的1％)时，QPSK星座点的旋转情况，从图1中可以看到，此时星座图中的点有的已经越过了实线所示的边界，这样的话，解调就可能会出现错误。

根据以上分析可知，残留载波频率偏移会造成解调错误，那么必须要进行纠正。对于WLAN系统，一般采用数据辅助跟踪的算法，用导频数据对残留载波频率偏移造成的相位偏移进行估算，最后纠正相位偏移。具体算法如下：

假设第n个OFDM符号内插入的导频符号为P_n，k，k＝0，1，...，N_p-1。当相位偏差(包括残留的载波频率偏差所引起的相移)为时，由于相位偏差对于所有子载波是相同的，所以有第k个子载波上的接收符号(不考虑噪声影响)

载波相位跟踪是在信道估计以后进行的，所以在做载波相位跟踪的时候，已经得到了信道的频域估计那么定义中间变量

因此，中间变量的幅角即为所要求的相位偏差：

当求得相位偏差以后，要对数据进行相位补偿。求得相位偏差并对当前的数据进行补偿。

这种补偿方法虽然解决了相位偏差的问题，但是当网络的信噪比较低时，噪声对导频的影响增加，相位偏差估计的误差变大。还有该方法硬件实现较复杂，占用面积较大。

目前为止，已经提出了多种改进相位跟踪补偿的方法，其中效果较好的是相位偏差反馈补偿，根据求得的相位偏差不断修正频偏估计和相位估计，每隔m个符号进行一次频偏估计和修正，但是，这种方法实现较为复杂，而且对频偏估计精度提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于加权导频的相位跟踪补偿达到减少甚至消除相位误差的方法，从而降低WLAN的误码率(BER)和误包率(PER)。本方法应用在相位偏移幅度位于+π/2之间的情况，该方法的实施对原有的相位跟踪补偿算法进行了很大的改进和简化，实现容易，降低了系统对信噪比的要求。

本发明应用于IEBE 802.11a WLAN的接收端物理层，用于消除信道估计后残留的相位误差，它包括如下步骤：