專(zhuān)利名稱(chēng)：搜索最佳載波頻率偏移校正值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接 收機(jī)處對(duì)載波頻率偏移(CFO，Carrier Frequency Offset)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，針對(duì)每一個(gè)單用戶(hù) 搜索其最佳CFO校正值的方法。
背景技術(shù)：
^t JE M ^ ^ it & \ (OFDMA, Orthogonal Frequency Division MultipleAccess)系統(tǒng)的上行鏈路中，信號(hào)在傳輸時(shí)由于多普勒效應(yīng)等因素會(huì)造成載 波頻率的偏移，接收端處不同用戶(hù)的不同CFO會(huì)導(dǎo)致多用戶(hù)干擾(MUI，Multi-User Interference)。為了抑制MUI，需要對(duì)上行鏈路的CFO做出估計(jì)，進(jìn)而在基站端使用某種方 式，利用估計(jì)出的上行鏈路CFO來(lái)恢復(fù)子載波之間的正交性。由于每一個(gè)單用戶(hù)的發(fā)射信 號(hào)受到不同的CFO的影響，而又必須通過(guò)CFO校正來(lái)抑制MUI，所以該CFO校正過(guò)程是一個(gè) 重要的，且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。針對(duì)上述問(wèn)題，存在一種在OFDMA系統(tǒng)上行鏈路的接收機(jī)處 對(duì)CFO進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒āＴ摲椒òㄓ?jì)算針對(duì)每一個(gè)單用戶(hù)的最佳CFO校正值，所述最佳 CFO校正值是使針對(duì)所述每一個(gè)單用戶(hù)的平均信號(hào)干擾比(SIR，Signal-to-Interference Ratio)最大的CFO校正值；利用所獲得的每一個(gè)單用戶(hù)的最佳CFO校正值，對(duì)每一個(gè)單用 戶(hù)的CFO進(jìn)行補(bǔ)償。上述方法的一個(gè)重要步驟是計(jì)算針對(duì)每一個(gè)單用戶(hù)的最佳CFO校正值。所述最 佳CFO校正值是使所述每一個(gè)單用戶(hù)的平均SIR最大的CFO校正值。所述最佳CFO校正值 位于所有用戶(hù)CFO的最小值min{￡l，ε2，…εΜ}(其中ε m表示某一個(gè)單用戶(hù)m的歸一化 CFO值，M表示所有用戶(hù)的數(shù)目)到最大值max { ε ” ε 2，…εΜ}之間。針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)
m，傳統(tǒng)搜索其最佳CFO校正值的方法是按以下過(guò)程進(jìn)行的，具體流程如圖2所示從所
有用戶(hù)CFO的最小值Hiinh1, ε2,…ε Μ}開(kāi)始，以某一固定步長(zhǎng)L遞增，直到增加到所有 用戶(hù) CFO 的最大值 max { ε 工，ε 2，... ε J 為止，以 min { ε ” ε 2，··· ε M}, min{ ε ε 2，... eM}+L、min{ ε ” ε 2,…eM}+2L、->max{ ε ε 2，…ε J為該用戶(hù)平均信號(hào)干擾比函數(shù) SIRw的自變量，依次計(jì)算上述自變量對(duì)應(yīng)SIRw的值，比較所得函數(shù)值的大小，則其中的最 大值所對(duì)應(yīng)的自變量為要搜索的最佳CFO校正值^w)= argmaxSIR(w)。但是，當(dāng)
所有用戶(hù)CFO的最大值max { ε ε 2，…ε Μ}與最小值Hiinh1, ε 2，…ε J差值較大時(shí)， 傳統(tǒng)搜索方法的復(fù)雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決搜索最佳CFO校正值時(shí)傳統(tǒng)方法復(fù)雜度較高的問(wèn)題，提出一 種在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接收機(jī)處搜索最佳載波頻率偏移校正值的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接 收機(jī)處搜索最佳載波頻率偏移校正值的方法，其特征在于，包括如下步驟
3
步驟1 針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m，確定搜索其最佳CFO校正值的區(qū)間[a，b]，其中 a、b分別表示所有用戶(hù)CFO的最小值、最大值，即a = min { ε ε 2，…ε Μ}，b = max { ε ε2, ."εΜ}，其中，￡m，m=l，2，.··，M，表示某一個(gè)單用戶(hù)m的歸一化CFO值，M表示所有 用戶(hù)的數(shù)目；步驟2:令、=￡1+(1-3)03-￡1)，、=￡1+3 03-￡1)，計(jì)算、、、的值，其中，β = 0. 618 ；步驟3 判斷、與、的差值是否達(dá)到精度要求。設(shè)要求的精度為1，若It^t2I <1， 搜索停止，此時(shí)的值即為要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳CFO校正值^w)否則，
2bo ’
若Itft2I彡1，轉(zhuǎn)步驟4;步驟4 以、、t2為自變量，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的平均信號(hào)干擾比函數(shù)SIRw，記為SIRw (、)、SIRw (t2)，判斷 SIRw (、) ^ SIR(m) (t2)是否成立，若成立，則置 a = t1; b = b, ^ = t2，t2 = a+β (b-a)，然后轉(zhuǎn)步驟 3 ；否則，若 SIRw U1) > SIR(m) (t2)，則置 a = a, b = t2, t2
= ^a1 = a+(l-β ) (b-a)，然后轉(zhuǎn)步驟3，當(dāng)I t「t21 < 1時(shí)，搜索停止，此時(shí)^^的值即為 要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳CFO校正值g㈨；步驟5 重復(fù)步驟1至步驟4，直到搜索出所有用戶(hù)的最佳CFO校正值41)、 €)、…、I)為止。優(yōu)選地，所述上行鏈路為正交頻分多址接入系統(tǒng)的上行鏈路。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)步驟4，利用迭代的方式逐步縮小搜索范圍，搜索 移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接收機(jī)處的最佳載波頻率偏移校正值。該方法與傳統(tǒng)搜索方法 相比，大大降低了算法復(fù)雜度。


圖1是對(duì)CFO進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腛FDMA系統(tǒng)的上行鏈路工作原理圖。圖2是用傳統(tǒng)方法搜索最佳CFO校正值的流程圖。圖3是用本發(fā)明方法搜索最佳CFO校正值的流程圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明子載波映射1，N點(diǎn)離散傅里葉逆變換(IDFT) 2，添加保護(hù)間隔模塊 3，D/A轉(zhuǎn)換4，上變頻5，下變頻6，A/D轉(zhuǎn)換7，搜索最佳CFO校正值8，頻率偏移補(bǔ)償9，去除 保護(hù)間隔10，N點(diǎn)離散傅里葉變換(DFT) 11，子載波逆映射12，其中N表示每個(gè)OFDM符號(hào)中 存在的子載波個(gè)數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。需要說(shuō)明的是實(shí)施例中的參數(shù)并不 影響本發(fā)明的一般性。為了便于對(duì)具體實(shí)施例理解，先對(duì)CFO進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腛FDMA系統(tǒng)的上行鏈路的發(fā)射 機(jī)部分和接收機(jī)部分的工作原理進(jìn)行說(shuō)明，具體工作原理如圖1所示。發(fā)射機(jī)部分包括子載波映射1、IDFT 2、添加保護(hù)間隔3、D/A轉(zhuǎn)換4、上變頻5，具體工作過(guò)程為考慮具有M個(gè)用戶(hù)的OFDMA系統(tǒng)，其中每一個(gè)單用戶(hù)通過(guò)獨(dú)立的多徑信道 來(lái)與基站進(jìn)行通信。假定在每一個(gè)OFDM符號(hào)中存在N個(gè)子載波，將這N個(gè)子載波平均分配 給M個(gè)用戶(hù)，這樣，每一個(gè)單用戶(hù)具有P = N/M個(gè)子載波。在第k個(gè)子載波處針對(duì)第m個(gè)
單用戶(hù)的信息符號(hào)表示為;^w)，ke Γω，其中Γm是分配給用戶(hù)m的子載波集合。于是
M
IJr^ = ·^,!,···,"-1丨，并且對(duì)于i乒j，_ 針對(duì)交織的子載波分配方案，將
m=\丄；_| Ily =U。
rm 定義為rm = {m-l+rM|r = 0，…，卩-丄}。在OFDMA系統(tǒng)中，保護(hù)間隔的長(zhǎng)度等于Ng個(gè)采樣，并且假定其長(zhǎng)于最大信道延遲 擴(kuò)展。在發(fā)射機(jī)處經(jīng)過(guò)離散傅里葉逆變換和保護(hù)間隔插入之后，第m個(gè)單用戶(hù)的時(shí)域序列
jcf)由下式給出
j2nnkJm) _ γ γΠ N -Nr ^ η ^ N_l. Χη -乙 kermAk e , g接收機(jī)部分包括下變頻6、A/D轉(zhuǎn)換7、搜索最佳CFO校正值8、頻率偏移補(bǔ)償9、去 除保護(hù)間隔10、DFT11、子載波逆映射12，具體工作過(guò)程為在通過(guò)衰落信道、下變頻和A/D 轉(zhuǎn)換之后，第m個(gè)單用戶(hù)的信號(hào)由以下等式給出其中，“*”表示線(xiàn)性卷積，^w)是第m個(gè)單用戶(hù)的信道沖激響應(yīng)。假定僅對(duì)于
n = 0,…，L-I是非零的，其中L是最大信道延遲擴(kuò)展。通過(guò)考慮CFO和加性噪聲，接收到 的基帶信號(hào)由以下等式表示
M 2πεΜη^ =N,-Ng 彡 η 彡 Ν-1·
m=\其中，εω，πι=1，…，M表示歸一化的第m個(gè)單用戶(hù)的CF0，并且ζη是加性白高斯 噪聲。對(duì)接收到的基帶信號(hào)rn，首先搜索每一個(gè)單用戶(hù)的最佳載波頻率偏移CFO校正值，該 CFO校正值是使所述每一個(gè)單用戶(hù)的平均SIR最大的CFO校正值，它位于所述所有用戶(hù)CFO 的最小值min{ ε ε 2，…ε J到最大值max { ε ε 2，…ε J之間。為了校正CF0，在進(jìn)行離
散傅里葉變換之前，針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m，將所接收到的信號(hào)rn乘以時(shí)域序列
e Ν ,
2πε{,η)η
得到。0 ^ n^ N-I0對(duì)。進(jìn)行離散傅里葉變換之后，得到頻域信號(hào)Y，子
yn _ rne‘^n
載波逆映射后在Y中選擇針對(duì)用戶(hù)m的子載波，作為單用戶(hù)m的輸出信號(hào)。在對(duì)CFO進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腛FDMA系統(tǒng)的上行鏈路中，根據(jù)上述發(fā)射機(jī)部分和接收機(jī)部 分的工作過(guò)程，可以推導(dǎo)出在第k個(gè)子載波處針對(duì)第m個(gè)單用戶(hù)，接收到的所需信號(hào)功率與 干擾信號(hào)功率比值的表達(dá)式，即在第k個(gè)子載波處針對(duì)第m個(gè)單用戶(hù)平均信號(hào)干擾比函數(shù)
sir4w)(O的表達(dá)式為
5'm . 2π{ε- ) sin v m J SIR^CO = ^--T^
y y sin2^ei-t + gj-k)
'=I q^T^q^k sin ---
N其中，t 代表函數(shù)的自變量，t e [min{ ε 丨，ε 2，- εΜ}, max{ ε ε 2,…ε Μ}]
2
^eTi.,]，//，表示對(duì);進(jìn)行離散傅里葉變換后所得向量的第屮個(gè)
元素，Ε[.]表示求平均。特別地，如果子載波分配方案采用交織分配，則VA，ferw, SIR(Zw)⑴=SIRf⑴=SIR⑷⑴。其中，SIRw⑴表示某一個(gè)單用戶(hù)m的平均信號(hào)干擾 比函數(shù)。本實(shí)施例的仿真參數(shù)為用戶(hù)數(shù)M = 4，子載波數(shù)N = 64的對(duì)CFO進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腛FDMA 系統(tǒng)的上行鏈路，子載波分配方案為交織分配。所有用戶(hù)的CFO值[ε ” ε2, ε 4，ε J =
。采用傳統(tǒng)的搜索方法時(shí)，步長(zhǎng)L = 0. 001，采用本發(fā)明方法時(shí)，要 求的精度1 =0. 001。在計(jì)算用戶(hù)平均信號(hào)干擾比的值時(shí)，取一個(gè)屬于用戶(hù)m的子載波k，根據(jù)上述第k 個(gè)子載波處針對(duì)第m個(gè)單用戶(hù)平均信號(hào)干擾比函數(shù)SIR^)的表達(dá)式，依次計(jì)算其對(duì)應(yīng)
sir4w)(/)的值，在本實(shí)施例中，由于子載波分配方案采用的是交織分配，所以的 值等于該用戶(hù)平均信號(hào)干擾比的值，記為SlRw (t)。下面結(jié)合具體仿真參數(shù)，對(duì)傳統(tǒng)搜索方法步驟與本發(fā)明方法步驟進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，使用傳統(tǒng)搜索方法搜索某一個(gè)單用戶(hù)m最佳CFO校正值的步驟為 從所有用戶(hù)CFO的最小值min{ ε ε 2，ε 3，ε 4} = 0. 08開(kāi)始，以固定步長(zhǎng)L = 0. 001遞增， 直到增加到所有用戶(hù)CFO的最大值max { ε ε 2, ε 3, ε J = 0. 16為止，分別令t = 0. 08，t =0. 08+0. 001，…，t = 0. 16，依次計(jì)算其對(duì)應(yīng)SIR(m) (t)的值，比較所得函數(shù)值的大小，則
其中的最大值所對(duì)應(yīng)的自變量為要搜索的最佳CFO校正值<w)。分別令m= l，m = 2，…， m = 4，重復(fù)上述步驟，直到求出所有用戶(hù)的最佳CFO校正值^1)，·^2)，…,‘4)為止。本發(fā)明方法流程圖如圖3所示。在本實(shí)施例中，使用本發(fā)明方法搜索所有用戶(hù)最 佳CFO校正值的步驟為步驟1 針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m，確定搜索其最佳CFO校正值的區(qū)間 [a, b], a =
min{ ε ” ε 2，ε 3，ε J = 0. 08, b = max{ ε 工，ε 2，ε 3，ε 4} = 0. 16 ；步驟2 令、=ει+(1-β) (b-a)，t2 = a+β (b-a)，計(jì)算、、t2 的值。其中，β = 0. 618 ；步驟3 令要求的精度1 =0.001。若|trt2| < 1，搜索停止，此時(shí)^^的值即為
要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳CFO校正值否則，若It^t2I彡1，轉(zhuǎn)步驟4;步驟4 以、、、為自變量，計(jì)算SIRw U1^SIRw (t2)的值，判斷SIRw (、)彡SIRw
6(t2)是否成立，若成立，則置a = t1 b = b，、= t2，t2 = a+β (b-a)，然后轉(zhuǎn)步驟3 ；否則， ^ SIR(m) (t^ > SIRw(t2)，則置 a = a, b = t2，t2 = t1 、= a+(1_ β ) (b_a)，然后轉(zhuǎn)步驟
3。當(dāng)|trt2| <1時(shí)，搜索停止，此時(shí)的值即為要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳 CFO校正值^w)；步驟5 分別重復(fù)步驟1到步驟4，直到求出所有用戶(hù)的最佳CFO校正值 ^),·.·，44)為止。下面分析傳統(tǒng)搜索法以及本發(fā)明的方法復(fù)雜度，以驗(yàn)證本發(fā)明的性能。針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m，計(jì)算其平均信號(hào)干擾比函數(shù)SIRw (t)時(shí)，實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為
b — a
N，實(shí)數(shù)除法次數(shù)為N+1。對(duì)于傳統(tǒng)搜索方法，每一個(gè)單用戶(hù)要計(jì)算次平均信號(hào)干擾比
b — Cib — Ci
函數(shù)，則總的實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為# χ——X M，總的實(shí)數(shù)除法次數(shù)為(iV +1) X —— χ M。
LL
對(duì)于本發(fā)明的方法，令k為本發(fā)明方法的迭代次數(shù)，針對(duì)每一個(gè)單用戶(hù)，第一次迭代時(shí)，需
計(jì)算、和t2以及兩次平均信號(hào)干擾比函數(shù)，以后每次迭代需計(jì)算、或者t2，以及一次平
均信號(hào)干擾比函數(shù)。這樣，總的實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為(k+l)(N+l)M，總的實(shí)數(shù)除法次數(shù)為(k+1)
(N+1) M0根據(jù)以上分析，在本實(shí)施例中，代入具體的仿真參數(shù)，使用傳統(tǒng)搜索
法，總的實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為64x °·^"0·08 χ 4 = 20480，總的實(shí)數(shù)除法次數(shù)為
0.001
(64 +1)χ aiQQQ0108 x4 = 20800 ；使用本發(fā)明的方法，所需迭代次數(shù)為7次，則總的
實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為(7+1) X (64+1) X4 = 2080，總的實(shí)數(shù)除法次數(shù)為(7+1) X (64+1) X4 = 2080?？梢?jiàn)，與傳統(tǒng)搜索方法相比，本發(fā)明的方法能夠大大降低算法復(fù)雜度。以上實(shí)例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例子而已，本發(fā)明的使用并不局限于該實(shí)例，凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接收機(jī)處搜索最佳載波頻率偏移校正值的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m，確定搜索其最佳CFO校正值的區(qū)間[a，b]，其中a、b分別表示所有用戶(hù)CFO的最小值、最大值，即a＝min{ε1，ε2，…εM}，b＝max{ε1，ε2，…εM}，其中，εm，m＝1，2，…，M，表示某一個(gè)單用戶(hù)m的歸一化CFO值，M表示所有用戶(hù)的數(shù)目；步驟2令t1＝a+(1 β)(b a)，t2＝a+β(b a)，計(jì)算t1、t2的值，其中，β＝0.618；步驟3判斷t1與t2的差值是否達(dá)到精度要求。設(shè)要求的精度為l，若|t1 t2|＜l，搜索停止，此時(shí)的值即為要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳CFO校正值否則，若|t1 t2|≥l，轉(zhuǎn)步驟4；步驟4以t1、t2為自變量，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的平均信號(hào)干擾比函數(shù)SIR(m)，記為SIR(m)t1)、SIR(m)(t2)，判斷SIR(m)(t1)≤SIR(m)(t2)是否成立，若成立，則置a＝t1，b＝b，t1＝t2，t2＝a+β(b a)，然后轉(zhuǎn)步驟3；否則，若SIR(m)(t1)＞SIR(m)(t2)，則置a＝a，b＝t2，t2＝t1，t1＝a+(1 β)(b a)，然后轉(zhuǎn)步驟3，當(dāng)|t1 t2|＜l時(shí)，搜索停止，此時(shí)的值即為要搜索的針對(duì)某一個(gè)單用戶(hù)m的最佳CFO校正值步驟5重復(fù)步驟1至步驟4，直到搜索出所有用戶(hù)的最佳CFO校正值為止。FSA00000286777500011.tif,FSA00000286777500012.tif,FSA00000286777500013.tif,FSA00000286777500014.tif,FSA00000286777500015.tif,FSA00000286777500016.tif,FSA00000286777500017.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上行鏈路為正交頻分多址接入系 統(tǒng)的上行鏈路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種搜索最佳載波頻率偏移校正值的方法，涉及一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接收機(jī)處對(duì)載波頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，針對(duì)每一個(gè)單用戶(hù)搜索其最佳載波頻率偏移校正值的方法。針對(duì)在移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路的接收機(jī)處搜索最佳載波頻率偏移校正值時(shí)，傳統(tǒng)搜索方法復(fù)雜度較高的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)利用迭代的方式逐步縮小搜索范圍，搜索最佳載波頻率偏移校正值。該方法與傳統(tǒng)搜索方法相比，大大降低了算法復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101958872SQ201010294508
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者李少謙, 楊佳, 王剛, 肖悅, 雷霞 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)