[发明专利]一种基于空载波的OFDM系统频偏估计分析方法

说明书

本发明属于无线通信领域，涉及一种基于空载波的OFDM系统频偏估计分析方法，包括：将发送的序列经过OFDM方案得到调制符号后，将调制符号经过瑞利信道进行发送，在接收端将利用瑞利信道和噪声的统计特性进行频偏估计均方误差的计算。频偏估计均方误差的理论值用包括瑞利信道响应系数和信道噪声两个随机变量的统计特性，结合检测出的非激活子载波与加性复高斯白噪声的统计特性直接进行计算；在计算频偏估计均方误差的理论值时，利用泰勒级数展开，进而得到更精确的频偏估计均方误差表达式。本发明利用瑞利信道的统计特性能得到频偏估计均方误差的理论值，并取其高阶近似作为结果，有效地提高了估计分析方法的通用性与准确性。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种基于空载波的OFDM系统频偏估计分析方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)由于较高的频谱利用率和较强的抗多径衰落性能，目前已成为无线通信系统中最关键的技术之一。许多常见的无线通信系统都采用OFDM技术。OFDM技术除了高频谱效率和抗多径衰落能力外，还能有效克服码间串扰(Intersymbol interference，ISI)，可利用IFFT/FFT快速算法进行调制解调。在OFDM实际系统中，由于多普勒效应等因素，往往会引起载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)，造成相邻子载波之间的频谱重叠，导致正交性被破坏，从而带来载波间的干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)，并影响系统传输性能的有效性。因此，在解调前进行CFO的正确估计和补偿显得尤为重要。现有的研究中，CFO的估计主要可以分成基于训练序列的方法和基于空子载波的方法。

Mounir Ghogho等人在2001年提出了一种瑞利信道下基于空子载波检测的OFDM载波频偏估计算法(详见文献：Ghogho M,Swami A,Giannakis G B.Optimized null-subcarrier selection for CFO estimation in OFDM over frequency-selectivefading channels[C]//IEEE Global Telecommunications Conference.IEEE,2001)。该方法在OFDM系统上借助预先设定的空子载波，利用子载波之间的正交性以及最小化空子载波在接收端的能量，通过最大似然估计的方法，对CFO进行了比较准确的估计，并给出了载波频偏估计的克拉美-罗界(Cramer-Rao Bound，CRB)。由于目标函数的复杂性，该算法没有涉及到瑞利信道下CFO估计值的均方误差的理论计算方法，即不能很好地验证估计方法的正确性。

在2018年有研究者提出无线固定信道中OFDM-IM系统的CFO估计和补偿方法(参见华南理工大学的中国发明专利申请“一种OFDM-IM系统频偏估计方法”，公开日为2018年8月17日，公开号为CN108418772A)，然而固定信道有很大的局限性，在复杂多变的信道环境中该方法不具有一般性，难以得到推广与应用。

因此，针对以上调查所得到的目前现有CFO估计性能分析存在的缺陷，为了能够更有效地将一般化的CFO估计性能分析方法应用于无线通信中，很有必要设计一种既能有效地保障CFO估计的精确性，又能有效地适用于一般的瑞利信道，具有更大的通用性，最后还能有效地为仿真结果提供有力的理论支撑的CFO估计分析算法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于空载波的OFDM系统频偏估计分析方法，能够有效地保障频偏估计的精确性，同时能够有效地适用于一般的瑞利信道，具有更大的通用性，并且能够有效地为仿真结果提供有力的理论支撑。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于空载波的OFDM系统频偏估计分析方法，包括：