[发明专利]正交频分复用系统的频偏估计与校正的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及移动通信领域的正交频分复用系统的频偏估计与校正的方法及装置。

背景技术

LTE项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，它改进并增强了3G的空中接入技术。与3G相比，LTE(Long Term Evolution，长期演进)更具技术优势，体现在更高的用户数据速率、分组传送、降低系统延迟、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低等方面。

LTE下行链路采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术，OFDM具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，OFDM系统能够有效地抵抗无线信道带来的影响。LTE上行链路传输方案采用带循环前缀的单载波频分复用多址系统(SC-FDMA)，在上行采用带循环前缀的SC-FDMA传输方案中，使用DFT(Discrete Fourier-Transform，离散傅里叶变换)获得频域信号，然后插入零符号进行频谱搬移，搬移后的信号再通过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅里叶变换，因此，SC-FDMA系统也称DFT-S-OFDM系统)，可以降低发射终端的峰均功率比。

对于多载波系统来说，载波频率的偏移会导致子信道之间产生干扰。正交频分复用(OFDM)系统内存在多个正交子载波，输出信号是多个子信道信号的叠加，由于子信道互相覆盖，这就对载波间的正交性有较高的要求。

由于终端的移动，会在基站和终端之间产生多普勒频移，在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种频移尤其明显。多普勒频移将使接收机和发射机之间产生频率误差，导致接收信号在频域内发生偏移，引入载波间干扰，使得系统的误码率性能恶化。

多普勒频移的大小和相对运动速度大小有关，它们之间的关系是：

fd=-f0C×v×cosθ]]>

其中，θ为终端移动方向和信号传播方向之间的夹角；v是终端运动速度；C为电磁波传播速度；f₀为载波频率。

LTE系统对于移动终端，保证15km/h及以下速率的移动用户系统特性最优，而对15～120km/h的移动用户可提供高性能服务，保持120～350km/h移动用户的服务，高于350km/h移动用户不掉网。在此速度范围内，多普勒频移超过400Hz，基站和终端必须支持足够的频偏补偿技术才能满足业务质量要求。

对于接收机来说，估计和发射机之间的频率误差并完成频率误差校正是接收机必须完成的功能。终端接收到f_d的频移，终端锁定下行信号频率后发送上行信号，上行接收将会有2*f_d的频移。

如图1所示，终端和基站的相对运动方向不同，会产生正负不同的频偏，设f₀是基站的发射频率，当终端向远离基站的方向运动时，会产生负频偏-f_d，终端接收到的频率是f₀-f_d，基站接收的频率是f₀-2*f_d；当终端向靠近基站的方向运动时，会产生正频偏f_d，终端接收到的频率是f₀+f_d，基站接收的频率是f₀+2*f_d。当终端在两个基站之间运动，从一个基站驶向另一个基站的时候，终端会出现频率跳变，从频率f₀-f_d调到频率f₀+f_d，终端将会有2*f_d的频率跳变。2*f_d无论对于基站接收机，还是终端接收机都将是一个不小的挑战，过大的频率偏移量会造成通信质量下降，严重的时候会导致服务中断，尤其是在高速移动环境下。