[发明专利]一种适用于分组传输的OFDM载波频偏估计方法

权利要求书

1.一种适用于分组传输的OFDM载波频偏估计方法，其特征是，它在正交频分复用系统中执行以下步骤：

1)利用伪随机序列具有良好的自相关特性，提供包括两个相同重复模块的时域训练符号(s_n，n＝0，1，...，N-1)，时域训练符号(s_n，n＝0，1，...，N-1)由频域符号(S_l，l＝0，1，...，N-1)经过IFFT变换得到；式中，N为子载波个数，s_n(n＝0，1，...，N-1)是时域训练符号的第n个样值，S_l(l＝0，1，...，N-1)是频域符号第l个子载波上的取值；

相应的频域符号由下式给出

Sl=2Pm,l=2m,m=0,1,2,...,N/2-10,l=1,3,...,N-1---(1)]]>

其中N为子载波个数，P_m(m＝0，1.2，...，N/2-1)是伪随机序列中的第m个取值，并且P_m∈{-1，1}，S_l(l＝0，1，...，N-1)是频域符号第l个子载波上的取值；

接下来经过IFFT调制产生时域训练符号，它包括两个相同重复的模块

sn=1NΣl=0N-1Slexp(j2πnlN),n=0,1,...,N-1---(2)]]>

其中N为子载波个数，s_n(n＝0，1，...，N-1)是时域训练符号的第n个样值，S_l(l＝0，1，...，N-1)是频域符号第l个子载波上的取值，j代表

2)在时域训练符号(s_n，n＝0，1，...，N-1)前加入长度为L的循环前缀构成完整的OFDM符号，即{s_-L，s_-L+1，...s_-1，s₀，s₁，...，s_N-1}；经过多径信道，由于发送端接收端晶体振荡频率的不同，存在频率偏差ε，ε是归一化频偏，即实际频偏与子载波间隔的比值，得到携带频偏信息的接收OFDM符号(r_n，n＝-L，-L+1，...，0，1，...，N-1)，式中，r_n(n＝-L，-L+1，...，0，1，...，N-1)是接收OFDM符号的第n个样值；

3)根据接收OFDM符号(r_n，n＝-L，-L+1，...，N-1)中相隔N/2的样值对{r_n，r_n+N/2}(n＝-L，-L+1，...，N/2-1)存在πε的相位旋转，得到细频偏估计式中r_n，r_n+N/2(n＝-L，-L+1，...，N/2-1)分别为接收OFDM符号的第n和n+N/2个样值；由于载波频偏的存在使得在接收端一个OFDM符号周期内，相隔N/2的样值对存在πε的相位旋转，综合利用训练符号中相同重复模块的相关，以及循环前缀与训练符号中第一部分对应样值对的相关，可以得到细频偏估计，即

γ1=Σn=0N/2-1rn*rn+N/2---(4)]]>

γ2=Σn=-L-1rn*rn+N/2---(5)]]>

ϵ^fine=1πN/2N/2+Langle(γ1)+1πLN/2+Langle(γ2)---(6)]]>

其中上标符号^*表示取复数共轭，angle(·)表示取(·)的幅角，N为子载波个数，L是循环前缀长度，是接收OFDM符号的第n个样值的复数共轭，r_n+N/2是接收OFDM符号的第n+N/2个样值，γ₁是接收OFDM符号中训练符号的相同重复模块的相关值，γ₂是循环前缀与训练符号第一部分对应样值对的相关值，为细频偏的估计值；

由于相位函数的周期性，所以实际频偏有下列特性

ϵ=ϵcoarse+ϵfine=2g+ϵfine≈2g+ϵ^fine---(7)]]>

其中g为整数，ε_fine和ε_coarse分别是细频偏和粗频偏，ε为实际的归一化频偏即实际频偏与子载波间隔的比值，为细频偏估计值；

4)得到细频偏估计之后，对接收OFDM符号(r_n，n＝-L，-L+1，...，N-1)进行细频偏补偿得到补偿后的OFDM符号(r′_n，n＝-L，-L+1，...，N-1)；

5)对补偿后的OFDM符号(r′_n，n＝-L，-L+1，...，N-1)中去除循环前缀后的训练符号部分(r′_n，n＝0，1，...，N-1)进行FFT变换，得到接收端解调的频域符号(R_k，k＝0，1，...，N-1)；

6)利用伪随机序列良好的自相关特性，通过接收端频域符号(R_k，k＝0，1，...，N-1)和发送端频域符号(S_l，l＝0，1，...，N-1)循环移位的相关峰值检测，可以得到粗频偏估计由于在发送端频域的偶数子载波上发送的是伪随机序列，偶数倍频偏只会引起接收符号的循环移位，所以利用伪随机序列良好的自相关特性，粗频偏估计可以通过下面的峰值检测得到

ϵ^coarse=2{argmaxg[|Σk=0N/2-1R2k*S(2k-2g)N|2(Σk=0N/2-1|R2k|2)2]},g=-N/4,-N/4+1,...,N/4---(11)]]>

其中N为子载波个数，g是模糊周期的个数，上标符号^*表示取复数共轭，是接收端解调得到的频域符号的第2k个取值的复数共轭，是发送端频域符号第2k个子载波上的取值S_2k以N为周期循环右移2g后的值，是粗频偏的估计值，表示取{·}最大时对应的g值；

由式(11)，通过粗频偏估计，频偏估计范围可由±1个子载波间隔扩大到整个信号带宽，即(-N/2，N/2)；

7)根据粗频偏估计直接在接收端频域对接收端频域符号(R_k，k＝0，1，...，N-1)作相应的粗频偏补偿，载波频偏估计即为粗频偏估计和细频偏估计的相加之和。