專(zhuān)利名稱(chēng)：正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多載波調(diào)制技術(shù)，具體地說(shuō)是正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法。

背景技術(shù)：
信號(hào)在無(wú)線(xiàn)傳播的過(guò)程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)載波頻率偏移。載波頻率偏移對(duì)正交頻分多路(OFDMOrthogonal Frequency DivisionMultiplexing)信號(hào)的正確接收有很大影響。為此，處理接收到的OFDM信號(hào)時(shí)就需要估算出載波頻率的偏差，并對(duì)信號(hào)的載波頻率進(jìn)行校正，從而達(dá)到正確接受信號(hào)的目的。傳統(tǒng)的估算頻偏的算法可以在時(shí)域或頻域中進(jìn)行估計(jì)。這種算法是利用OFDM信號(hào)的構(gòu)造進(jìn)行頻偏估計(jì)，即利用OFDM信號(hào)在時(shí)域或頻域前后兩段信號(hào)的相似性估計(jì)載波頻率偏差。由于有些OFDM信號(hào)的符號(hào)延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，故當(dāng)頻偏相當(dāng)大時(shí)不能直接估計(jì)出角頻率大于2π的情況，這是因?yàn)槿呛瘮?shù)的周期性造成的。有些頻域的頻偏估計(jì)算法可以估計(jì)出一定范圍內(nèi)的2π整倍數(shù)的頻偏，但仍然無(wú)法對(duì)較大頻偏的情況進(jìn)行處理。而出現(xiàn)大頻偏的情況在衛(wèi)星通信等多種場(chǎng)合下是很有可能出現(xiàn)的，而且會(huì)造成更多的信息丟失。


發(fā)明內(nèi)容
為解決上述在大頻偏的情況下無(wú)法進(jìn)行信號(hào)處理的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有準(zhǔn)確性、易實(shí)現(xiàn)性的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明包括以下步驟將頻率偏差進(jìn)行時(shí)域頻偏估計(jì)；根據(jù)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正。
本發(fā)明還包括對(duì)時(shí)域頻偏估計(jì)進(jìn)行光滑處理，即采用低通濾波器平滑掉時(shí)域頻偏估計(jì)值的峰值和谷值；時(shí)域頻偏糾正后進(jìn)行傅立葉變換；對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)；將頻域頻偏估計(jì)結(jié)果或光滑處理后的時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果一起參與再次時(shí)域頻偏糾正，上述步驟重復(fù)多次；所述時(shí)域頻偏估計(jì)具體為在正交頻分多路信號(hào)符號(hào)的前端保護(hù)間隔中取段信號(hào) 在正交頻分多路信號(hào)符號(hào)的后端與保護(hù)間隔相同的部分中取一段 對(duì)(1)(2)向量作數(shù)量積 其中

與G′共軛；僅僅考慮載波頻率的偏差，設(shè)αk-βk＝δ為常數(shù)，即得到 假設(shè)Δ＝(I+D)*2π，I為整數(shù)，D為實(shí)數(shù)，由三角函數(shù)的周期性知，δδ＝D*2π為相隔長(zhǎng)度為FFT長(zhǎng)度的兩采樣點(diǎn)之間的時(shí)域頻率偏差的分?jǐn)?shù)部分，則 λ＝δ/FFT長(zhǎng)度 (5) 即得到為相鄰的兩采樣點(diǎn)之間的時(shí)域頻偏的分?jǐn)?shù)部分； 上述各式中，G為正交頻分多路信號(hào)，rk為正交頻分多路信號(hào)的幅度，αk與βk為正交頻分多路信號(hào)的相位；FFT為快速傅立葉變換； 所述頻域頻偏估計(jì)具體為 正交頻分多路信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)域頻偏糾正及FFT計(jì)算得到的信號(hào)頻域采用能量法進(jìn)行頻偏估計(jì)，即通過(guò)比較和計(jì)算即定位置子載波的能量估計(jì)出信號(hào)的載波頻率偏移，信號(hào)的載波頻率偏移的子載波單位頻率對(duì)應(yīng)于子載波的能量估計(jì)，即對(duì)子載波的能量估計(jì)轉(zhuǎn)換成對(duì)頻率偏移的子載波個(gè)數(shù)的估計(jì)；對(duì)正交頻分多路信號(hào)進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)后，通過(guò)以下公式進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正更新，即 Δ＝(I+D)*2π(6) 其中式(6)中的I值為整數(shù)，D為時(shí)域估計(jì)值，重新估計(jì)時(shí)用低通濾波對(duì)D值進(jìn)行光滑處理。
本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn) 1.本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計(jì)在頻域做頻偏估計(jì)時(shí)由于采用了能量法，即通常意義下的能量計(jì)算或近似能量計(jì)算，對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行能量計(jì)算，從而轉(zhuǎn)換成對(duì)頻偏的估計(jì)，克服了傳統(tǒng)頻域算法對(duì)頻偏估計(jì)的局限性，能夠處理大頻偏，例如對(duì)DAB信號(hào)用頻域相關(guān)法做頻偏估計(jì)時(shí)，頻偏估計(jì)的范圍為64KHz，而采用能量法則能突破此限制； 2.本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計(jì)在時(shí)域做頻偏估計(jì)時(shí)每幀重新估計(jì)后采用一階低通濾波對(duì)D進(jìn)行光滑處理，既能保證信號(hào)處理的平穩(wěn)也能快速跟蹤由于移動(dòng)造成的頻偏； 3.本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計(jì)的算法在頻域做頻偏估計(jì)時(shí)采用實(shí)、虛部絕對(duì)值去近似(即復(fù)數(shù)的模對(duì)應(yīng)實(shí)、虛部絕對(duì)值之和)頻域能量的算法，避免了乘法運(yùn)算，從而能很方便地在集成電路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。
4.相對(duì)于傳統(tǒng)的頻偏估計(jì)算法，該算法支持對(duì)于大頻偏信號(hào)的估計(jì)與糾正，具有準(zhǔn)確性，易實(shí)現(xiàn)性，在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了良好的效果。



圖1為本發(fā)明所應(yīng)用的信號(hào)圖示； 圖2(a)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后的信號(hào)無(wú)頻偏時(shí)的頻譜圖； 圖2(b)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后的信號(hào)中心頻率向左偏移時(shí)的頻譜圖； 圖2(c)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后的信號(hào)中心頻率向右偏移時(shí)的頻譜圖； 圖3(a)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的無(wú)頻偏時(shí)的圖示； 圖3(b)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的向左偏移的圖示； 圖3(c)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的向右偏移的圖示； 圖4為本發(fā)明方法框圖； 圖5為對(duì)OFDM信號(hào)做頻域大頻偏能量法估計(jì)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施例方式 如圖4所示，本發(fā)明包括以下步驟將頻率偏差估計(jì)分做時(shí)域頻偏估計(jì)和頻域頻偏估計(jì)；根據(jù)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正；對(duì)時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果最好進(jìn)行光滑處理，即采用低通濾波器平滑掉時(shí)域頻偏估計(jì)值的峰值和谷值，既能保證信號(hào)處理的平穩(wěn)，也能快速跟蹤由于移動(dòng)造成的頻偏，以便同時(shí)保證時(shí)域頻偏估計(jì)的參數(shù)跟蹤速度和穩(wěn)定性；時(shí)域頻偏糾正后進(jìn)行傅立葉變換；對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)；將頻域頻偏估計(jì)結(jié)果與光滑處理后的時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果一起參與頻偏糾正。
OFDM信號(hào)的時(shí)域頻偏估計(jì)的具體步驟為OFDM符號(hào)如圖1所示，每個(gè)OFDM符號(hào)都具有一個(gè)保護(hù)間隔，且每個(gè)符號(hào)的保護(hù)間隔都為其后端部分序列的復(fù)制。在前端保護(hù)間隔中取段信號(hào) 在后端與前端保護(hù)間隔FFT長(zhǎng)度相同的部分中取一段 對(duì)(1)(2)向量作數(shù)量積 其中

與G′共軛。在理想無(wú)干擾情況下，G＝G′。根據(jù)共軛復(fù)數(shù)的性質(zhì)有但實(shí)際上由于各種干擾因素的存在使得G≠G′。如果僅僅考慮載波頻率的偏差，則得到αk-βk＝δ為常數(shù)，即得到 假設(shè)Δ＝(I+D)*2π，I為整數(shù)，D為實(shí)數(shù)。由三角函數(shù)的周期性知，δ＝D*2π便是相隔長(zhǎng)度為FFT長(zhǎng)度的兩采樣點(diǎn)之間的頻率偏差的分?jǐn)?shù)部分。從而 λ＝δ/FFT長(zhǎng)度 (5) 為相鄰的兩采樣點(diǎn)之間的頻率偏差的分?jǐn)?shù)部分。OFDM信號(hào)的時(shí)域頻偏估計(jì)得到的是時(shí)域頻偏的分?jǐn)?shù)部分； 上述各式中，G為正交頻分多路信號(hào)，rk為正交頻分多路信號(hào)的幅度，αk與βk為正交頻分多路信號(hào)的相位；FFT為快速傅立葉變換。經(jīng)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖如圖2所示，其中(a)無(wú)頻偏時(shí)的圖示；(b)中心頻率向左偏移的圖示；(c)中心頻率向右偏移的圖示；如圖3(a)～(c)所示，為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零時(shí)的頻譜，其中圖3(a)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的無(wú)頻偏時(shí)的圖示；圖3(b)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的向左偏移的圖示；圖3(c)為OFDM信號(hào)經(jīng)FFT變換后中心頻率為零的向右偏移的圖示； 所述頻域頻偏估計(jì)具體為 正交頻分多路信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)域頻偏糾正及FFT計(jì)算得到的信號(hào)頻域采用能量法進(jìn)行頻偏估計(jì)，即通過(guò)比較和計(jì)算即定位置子載波的能量估計(jì)出信號(hào)的載波頻率偏移，當(dāng)整個(gè)信號(hào)的載波頻率偏移一個(gè)子載波單位時(shí)，對(duì)子載波的能量估計(jì)即轉(zhuǎn)換成對(duì)頻率偏移的子載波個(gè)數(shù)的估計(jì)；對(duì)正交頻分多路信號(hào)進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)后，通過(guò)以下公式進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正更新，即 Δ＝(I+D)*2π (6) 固定式(6)中的I值，即一旦I值估計(jì)正確(I值正確與否需經(jīng)過(guò)解碼得知)便不再重新估計(jì)，僅在時(shí)域重新估計(jì)D時(shí)通過(guò)一階低通濾波對(duì)D值進(jìn)行光滑處理。下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。仿真OFDM基帶信號(hào)采樣率為2.048MHz，F(xiàn)FT長(zhǎng)度為2048，信號(hào)信噪比為10dB，頻偏為(±80+0.35)KHz。首先對(duì)OFDM基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻偏估計(jì)，利用公式(1)～(4)得到時(shí)域頻偏的估計(jì)值D＝0.35；用λ＝0.35*2π/FFT長(zhǎng)度(公式5)對(duì)OFDM時(shí)域信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正。對(duì)糾正頻偏后的信號(hào)做長(zhǎng)度為2048的離散傅立葉變換，根據(jù)信號(hào)的采樣率和FFT長(zhǎng)度得知，經(jīng)FFT后的OFDM頻域信號(hào)的子載頻之間的距離為1KHz(經(jīng)過(guò)FFT變換后信號(hào)已經(jīng)在頻域故單位為頻率單位)。采用能量法對(duì)信號(hào)做頻域頻偏估計(jì)，將頻域頻偏估計(jì)結(jié)果與光滑處理后的時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果一起參與頻偏糾正，本步驟可以重復(fù)多次，以便對(duì)時(shí)域偏差不斷地進(jìn)行調(diào)整，使最終的糾正結(jié)果趨于最優(yōu)化。如圖5所示，為對(duì)OFDM信號(hào)做頻域大頻偏能量法估計(jì)結(jié)果的示意圖。得到整數(shù)頻偏的估計(jì)值I分別為±80KHz。將I值代入公式λ＝(I+D)*2π/FFT長(zhǎng)度，得到新的頻偏糾正值，其中λ為相鄰兩采樣點(diǎn)之間的頻率偏差。計(jì)算得出OFDM基帶信號(hào)每采樣的頻偏糾正值為λ＝(80+0.35)*2π/2048或λ＝(0.35-80)*2π/2048。根據(jù)上述結(jié)果可知，本發(fā)明可以估計(jì)和糾正很大頻偏(本實(shí)施例為±80KHz)，而使用現(xiàn)有方法是做不到的，最大估計(jì)值僅為±8KHz。
權(quán)利要求
1.一種正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于包括以下步驟將頻率偏差進(jìn)行時(shí)域頻偏估計(jì)；根據(jù)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正。
2.按權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于還包括對(duì)時(shí)域頻偏估計(jì)進(jìn)行光滑處理，即采用低通濾波器平滑掉時(shí)域頻偏估計(jì)值的峰值和谷值。
3.按權(quán)利要求1或2所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于還包括以下步驟時(shí)域頻偏糾正后進(jìn)行傅立葉變換；對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)；將頻域頻偏估計(jì)結(jié)果或光滑處理后的時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果一起參與再次時(shí)域頻偏糾正。
4.按權(quán)利要求3所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于上述步驟重復(fù)多次。
5.按權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于所述時(shí)域頻偏估計(jì)具體為在正交頻分多路信號(hào)符號(hào)的前端保護(hù)間隔中取段信號(hào)
在正交頻分多路信號(hào)符號(hào)的后端與保護(hù)間隔相同的部分中取一段
對(duì)(1)(2)向量作數(shù)量積
其中
與G′共軛；僅僅考慮載波頻率的偏差，設(shè)αk-βk＝δ為常數(shù)，即得到
假設(shè)Δ＝(I+D)*2π，I為整數(shù)，D為實(shí)數(shù)，由三角函數(shù)的周期性知，δ＝D*2π為相隔長(zhǎng)度為FFT長(zhǎng)度的兩采樣點(diǎn)之間的時(shí)域頻率偏差的分?jǐn)?shù)部分，則
λ＝δ/FFT長(zhǎng)度(5)
即得到為相鄰的兩采樣點(diǎn)之間的時(shí)域頻偏的分?jǐn)?shù)部分；
上述各式中，G為正交頻分多路信號(hào)，rk為正交頻分多路信號(hào)的幅度，αk與βk為正交頻分多路信號(hào)的相位；FFT為快速傅立葉變換。
6.按權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于所述頻域頻偏估計(jì)具體為
正交頻分多路信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)域頻偏糾正及FFT計(jì)算得到的信號(hào)頻域采用能量法進(jìn)行頻偏估計(jì)，即通過(guò)比較和計(jì)算即定位置子載波的能量估計(jì)出信號(hào)的載波頻率偏移，信號(hào)的載波頻率偏移的子載波單位頻率對(duì)應(yīng)于子載波的能量估計(jì)，即對(duì)子載波的能量估計(jì)轉(zhuǎn)換成對(duì)頻率偏移的子載波個(gè)數(shù)的估計(jì)。
7.按權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其特征在于還具有以下步驟對(duì)正交頻分多路信號(hào)進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)后，通過(guò)以下公式進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正更新，即
Δ＝(I+D)*2π(6)
其中式(6)中的I值為整數(shù)，D為時(shí)域估計(jì)值，重新估計(jì)時(shí)用低通濾波對(duì)D值進(jìn)行光滑處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正交頻分多路信號(hào)載波的大頻率偏差估計(jì)與糾正方法，其包括以下步驟將頻率偏差進(jìn)行時(shí)域頻偏估計(jì)；根據(jù)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域頻偏糾正；還包括對(duì)時(shí)域頻偏估計(jì)進(jìn)行光滑處理，即采用低通濾波器平滑掉時(shí)域頻偏估計(jì)值的峰值和谷值；時(shí)域頻偏糾正后進(jìn)行傅立葉變換；對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行頻域頻偏估計(jì)；將頻域頻偏估計(jì)結(jié)果或光滑處理后的時(shí)域頻偏估計(jì)結(jié)果一起參與再次時(shí)域頻偏糾正。本發(fā)明方法克服了傳統(tǒng)頻域算法對(duì)頻偏估計(jì)的局限性，能夠處理大頻偏，既能保證信號(hào)處理的平穩(wěn)，也能快速跟蹤由于移動(dòng)造成的頻偏，能夠很方便地在集成電路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101197802SQ200610134640
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者徐德清, 李文革, 盛澤生 申請(qǐng)人:李文革