[发明专利]一种载波频率偏移、直流偏移以及I/Q不平衡的盲估计方法

权利要求书

1.一种载波频率偏移、直流偏移以及I/Q不平衡的盲估计方法，其中，载波频率偏移为CFO，直流偏移为DCO，I/Q不平衡为I/Q imbalance，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)设带有CFO、DCO和I/Q imbalance的OFDM系统的信号模型，该OFDM系统共有N路子载波，其中，实子载波K路，虚子载波N‐K路，定义采样频率其中，T表示无循环前缀的OFDM符号的持续时间，移除循环前缀后，属于第m个OFDM符号的接收采样表示为：

r(n,m)=αejφ(m)Σk∈CrH(k,m)S(k,m)ej2πN(k+ϵ)n+β*e-jφ(m)Σk∈CrH*(k,m)S*(k,m)e-j2πN(k+ϵ)n+d+w(n,m)---(1)]]>

式中：n＝0,…,N-1,k子载波的索引，是k个子载波的目录集合，独立的零均值随机变量H(k,m),S(k,m)分别表示第m个OFDM符号中第k个子载波携带的调制内容和频域信道响应，其中，N_CP表示CP中的采样个数，α和β是IQ失衡引入的两个参数，ε和d分别表示对于子载波间隔归一化的CFO和由DCR引入的DCO成分，w(n,m)表示零均值加性高斯白噪声，将式(1)写成矩阵形式：

rN(m)=PN(ϵ)UNxK(m)α+PN(-ϵ)UN*xK*(m)β*+1Nd+wN(m)---(2)]]>

式中：rN(m)=Δ[r(0,m),...,r(N-1,m)]T;]]>

xK(m)=Δ[H(k0,m)S(k0,m),...,H(kK-1,m)S(kK-1,m)]Tejφ(m);]]>

wN(m)=Δ[w(0,m),...,w(N-1,m)]T;]]>

1_N表示长度为N的1列向量，N×K的U_N表示实子载波的IDFT变换；

第n行第l项的形式为

PN(ϵ)=Δdiag{1,ej2πNϵ,...,ej2π(N-1)Nϵ},]]>表示由CFO引起的相位偏移；

2)根据式(3)，从r_N(m)中移除DCO，得到y_N(m)：

yN(m)=ΔrN(m)-1Nd^(m)---(3)]]>

式中为粗略地DCO估计：

d^(m)=1NΣn=0N-1r(n,m)=1N1NTrN(m)---(4)]]>

将式(2)和式(4)带入式(3)可得：

yN(m)=ENPN(ϵ)UNx(m)α+ENPN(-ϵ)UN*x*(m)β*+ENwN(m)---(5)]]>

3)根据式(6)，获得使得Ω₂(v)最小特征值最小化的值

ϵ^a,TDA-EDE=arg minvλmin{Ω2(v)}---(6)]]>

式中：Ω3(v)=ΔΣmR3H(m)PN(v)VNVNHPN(-v)R3(m)---(7);]]>

4)根据第3)步中计算的计算矩阵最小特征值对应的特征向量，组成向量g^2=Δ[g^(0),g^(1)]T;]]>

5)根据第2)步计算的y_N(m)，计算判别式T_CFO,TDA-EDE，并根据判别式修正CFO估计；

TCFO,TDA-EDE=ΔΣm{||V~NH(ϵ^a,TDA-EDE)yN(m)||2-||V~NH(-ϵ^a,TDA-EDE)yN(m)||2}=Σm{||V~NH(ϵ^a,TDA-EDE)ENPN(ϵ)UNx(m)α+V~NH(ϵ^a,TDA-EDE)ENPN(-ϵ)UN*x*(m)β*+V~NH(ϵ^a,TDA-EDE)ENwN(m)||2-||V~NH(-ϵ^a,TDA-EDE)ENPN(ϵ)UNx(m)α+V~NH(-ϵ^a,TDA-EDE)ENPN(-ϵ)UN*x*(m)β*+V~NH(-ϵ^a,TDA-EDE)ENwN(m)||2}---(8)]]>

式(8)中，由矩阵Q_N(v)零特征值对应的特征向量构成，即有而根据T_CFO,TDA-EDE的计算结果，修正CFO估计，

TCFO,TDA-EDE<>ϵ^a,TDA-EDE=-ϵϵ^a,TDA-EDE=ϵ0---(9)]]>

根据式(9)可得，当T_CFO,TDA-EDE＜0,则反之由此可得最终的CFO估计：

ϵ^TDA-EDE=-sign(TCFO,TDA-EDE)ϵ^a,TDA-EDE---(10)]]>

6)获取IQ不平衡估计：当T_CFO,TDA-EDE＜0时，

γ^TDA-EDE=-g^*(1)g^*(0)---(11)]]>

当T_CFO,TDA-EDE＞0时，

γ^TDA-EDE=-g^(0)g^(1)---(12)]]>

设定一个控制阈值T_IQI,TDA-EDE∈(0,1)，

当I/Q imbalance估计则令即舍弃错误估计结果，忽略I/Q不平衡对系统的影响；当I/Q imbalance估计即认为此估计有效；

7)利用估计补偿CFO和I/Q不平衡，得到z_N(m)：

zN(m)=ΔrN(m)-rN*(m)γ^TDA-EDE*---(13)]]>

令γ^TDA-EDE=γ,]]>可得

zN(m)=ΔPN(ϵ)UNx(m)(α-βγ^TDA-EDE*+1Nc+w~N(m)]]>

式中：

c=Δd-d*γ^TDA-EDE*]]>

w~N(m)=ΔwN-wN*γ^TDA-EDE*]]>

8)获取最终DCO估计：

d^=c^+c^*γ^TDA-EDE*1-|γ^TDA-EDE|2---(14)]]>

式中：

c^=[VNHPN(-ϵ^TDA-EDE)1N]+VNHPN(-ϵ^TDA-EDE)zN(m)=1NTGN(ϵ^TDA-EDE)zN(m)1NTGN(ϵ^TDA-EDE)1N---(15)]]>

GN(ϵ^TDA-EDE)=ΔPN(ϵ^TDA-EDE)VNVNHPN(-ϵ^TDA-EDE)]]>

其中，[.]⁺表示伪逆操作。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述方法能够用于直接变频接收机的正交频分复用系统。