專利名稱：基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集ofdm定時(shí)和頻率偏移估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)線通信系統(tǒng)中的定時(shí)和頻率偏移估計(jì)方 法，尤其是一種協(xié)作分集OFDM系統(tǒng)中由中繼到目的端的定時(shí)和頻率偏移估計(jì)方法，用于目 的端解調(diào)接收信號(hào)。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間、頻率和空間上的分集可以減小信道衰落對(duì)接收信號(hào)的 影響.協(xié)作分集技術(shù)通過(guò)使網(wǎng)絡(luò)中各單天線用戶共享彼此天線，形成虛擬的多天線陣列來(lái) 實(shí)現(xiàn)發(fā)射或接收分集，是一種虛擬多輸入多輸出MIMO技術(shù)，它最初是由Laneman和Womell 提出的.正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)能夠抵抗無(wú)線信道的頻率選擇性衰落，與MIMO相結(jié)合可 以有效地提高傳輸速率和傳輸質(zhì)量。因此，基于OFDM的協(xié)作分集技術(shù)有可能成為下一代無(wú) 線通信網(wǎng)中重要的網(wǎng)絡(luò)組成構(gòu)架。然而，OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)偏移、頻率偏移等同步誤差非常 敏感，非理想的同步會(huì)嚴(yán)重影響OFDM系統(tǒng)的性能，因此同步技術(shù)是協(xié)作分集OFDM系統(tǒng)中的 關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)這一問(wèn)題，有些研究者提出了采用抵抗時(shí)延的傳輸技術(shù)以避開(kāi)定時(shí)偏移估 計(jì)，雖然這些方法非常新穎，但是它對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸以及用戶之間的協(xié)作強(qiáng)加了很多條件， 從而限制了它的應(yīng)用。2008 年 Andreas Ibing 在 “5th IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems”(第 5 屆 IEEE 無(wú)線通信系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議)(2008 ￥ )發(fā) ^白勺 “MMSE channel estimation and time synchronization tracking for cooperative MIM0-0FDM with propagation delay differences"(《存在傳輸時(shí)延差環(huán) 境下協(xié)作分集MIM0-0FDM系統(tǒng)中的匪SE信道估計(jì)及定時(shí)同步跟蹤》)考慮了定時(shí)偏移估 計(jì)，但沒(méi)有涉及頻率偏移估計(jì)問(wèn)題；2009年Yusi Cheng等在“Proceedings of the2009 IEEE 70th Vehicular Technology Conference，，(第 7O 屆 IEEE VTC 國(guó)際會(huì)議)(2OO9 年) 發(fā)^白勺 “Preamble design and synchronization algorithm for cooperative relay systems.”(《協(xié)作分集系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列設(shè)計(jì)及同步算法研究》)同時(shí)考慮了定時(shí)和頻率 偏移估計(jì)，但是其定時(shí)和頻率偏移估計(jì)精度不高，同時(shí)由于其訓(xùn)練序列長(zhǎng)度接近三個(gè)OFDM 符號(hào)，傳輸效率較低，而且在定時(shí)偏移估計(jì)特別是粗定時(shí)偏移估計(jì)中，各個(gè)中繼都需要做不 同間隔的滑動(dòng)相關(guān)，復(fù)雜度較高。因此如何提高估計(jì)精度和傳輸效率、降低算法復(fù)雜度是協(xié) 作分集OFDM系統(tǒng)同步研究中的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集 OFDM定時(shí)和頻率偏移估計(jì)方法，以提高估計(jì)精度和傳輸效率，降低同步過(guò)程的復(fù)雜度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集OFDM定時(shí)偏移估計(jì)方法，包括 以下步驟(1)設(shè)計(jì)第i個(gè)中繼的時(shí)域訓(xùn)練序列Pi由兩個(gè)相同的訓(xùn)練符號(hào)Ci構(gòu)成，即Pi =[Ci Ci],Ci = [Ci,0, Cia, Λ，Ci,N_J對(duì)應(yīng)的頻域訓(xùn)練符號(hào)為
權(quán)利要求
1. 一種基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集OFDM定時(shí)偏移估計(jì)方法，包括以下步驟 (1)設(shè)計(jì)第i個(gè)中繼的時(shí)域訓(xùn)練序列P^兩個(gè)相同的訓(xùn)練符號(hào)(^構(gòu)成，即Pi= [Ci Ci], Ci = [Ci,0, cia, Λ，Ci,N_J對(duì)應(yīng)的頻域訓(xùn)練符號(hào)為 Zi =[^0,ZiuZl2A ,Zik^3O]丄丄 9 乙？····？ Ill其中，N為正交頻分復(fù)用OFDM子載波數(shù)，Zia, Zi,2, A5Zi,κ是取值為+1或_1的偽隨機(jī) 序列，K為偽隨機(jī)序列的長(zhǎng)度，且K彡N/m, m為中繼個(gè)數(shù)；(2)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)向目的端發(fā)送訓(xùn)練序列Pi，i = l，2，....，m。⑶目的端對(duì)接收信號(hào)r⑷=^el2mfl 'N · TMf) · Pt(s - ^ ~τ') + “⑷中長(zhǎng)度為Ν/2-1、間隔為3Ν/2的兩個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行移動(dòng)共軛對(duì)稱相關(guān)，以計(jì)算中繼和目的端之間的粗定時(shí)偏移 之其中，q為移動(dòng)共軛相關(guān)起始位置，U為從q算起的數(shù)據(jù)序號(hào)，i為中繼序號(hào)，Li為中繼 i和目的端之間信道響應(yīng)的路徑總數(shù)，1為路徑序號(hào)，hi(l)為第1條路徑的復(fù)增益，<為第 1條路徑用采樣周期歸一化的路徑時(shí)延，fi為中繼i和目的端之間用子載波間隔歸一化的 頻率偏移，ε i為中繼i和目的端之間用采樣周期歸一化的定時(shí)偏移，η (s)是均值為0， 方差為N0的加性高斯白噪聲，e = 2. 71828182……為自然常數(shù)，j為虛數(shù)單位，j2 = _1，π =3. 1415926……為圓周率，s = 1，2，……表示接收信號(hào)的序號(hào)；(4)目的端進(jìn)一步對(duì)接收信號(hào)Hs)與訓(xùn)練符號(hào)Ci進(jìn)行分段移動(dòng)相關(guān)，計(jì)算各中繼與目 的端之間的細(xì)定時(shí)偏移其中，H為分段數(shù)，V為每段數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，且H · V < N，η為段號(hào)，ν為段內(nèi)數(shù)據(jù)序號(hào)，d為 分段移動(dòng)相關(guān)起始位置的序號(hào)，Ω為分段移動(dòng)相關(guān)的移動(dòng)范圍；(5)將各中繼與目的端之間的細(xì)定時(shí)偏移總，/和粗定時(shí)偏移之相加得到各中繼與目的端 之間的定時(shí)偏移估計(jì)A =Kf, i = 1，2，. . .，m。
2. 一種基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集OFDM頻率偏移估計(jì)方法，包括以下步驟 1)設(shè)計(jì)第i個(gè)中繼的時(shí)域訓(xùn)練序列Pi由兩個(gè)相同的訓(xùn)練符號(hào)Ci構(gòu)成，即Pi= [Ci Ci], Ci = [Ci,0, cia, Λ，Ci,N_J對(duì)應(yīng)的頻域訓(xùn)練符號(hào)為 ZiZ11,Z12A ,ZlK,^3O]丄丄 9 乙？····？ Ill其中，N為正交頻分復(fù)用OFDM子載波數(shù)，Zia, Zi,2, A5Zi,κ是取值為+1或_1的偽隨機(jī) 序列，K為偽隨機(jī)序列的長(zhǎng)度，且K彡N/m, m為中繼個(gè)數(shù)；2)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)向目的端發(fā)送訓(xùn)練序列Pi，i = l，2，....，m;sl f = argmax^ γ^τ{εε+ + {η-\)·Η + ν)·cl (n_V).H+v \ d e Ω3)目的端對(duì)接收信號(hào)r⑷=Y/娜'N · Yhl (/) · Pl(s - S1 -T11) + ；7⑷中長(zhǎng)度為N/2-1、間隔為3N/2的兩個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行移動(dòng)共軛對(duì)稱相關(guān)，以計(jì)算中繼和目的端之間的粗定時(shí)偏移 之其中，q為移動(dòng)共軛相關(guān)起始位置，U為從q算起的數(shù)據(jù)序號(hào)，i為中繼序號(hào)，Li為中繼 i和目的端之間信道響應(yīng)的路徑總數(shù)，1為路徑序號(hào)，hi(l)為第1條路徑的復(fù)增益，<為第 1條路徑用采樣周期歸一化的路徑時(shí)延，fi為中繼i和目的端之間用子載波間隔歸一化的 頻率偏移，ε i為中繼i和目的端之間用采樣周期歸一化的定時(shí)偏移，η (s)是均值為0，方 差為N0的加性高斯白噪聲，e = 2. 71828182……為自然常數(shù)，j為虛數(shù)單位，j2 = -l, ^ = 3. 1415926……為圓周率，s = 1，2，……表示接收信號(hào)的序號(hào)；4)目的端進(jìn)一步對(duì)接收信號(hào)Hs)與訓(xùn)練符號(hào)Ci進(jìn)行分段移動(dòng)相關(guān)，計(jì)算各中繼與目 的端之間的細(xì)定時(shí)偏移其中，H為分段數(shù)，V為每段數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，且H · V < N，η為段號(hào)，ν為段內(nèi)數(shù)據(jù)序號(hào)，d為 分段移動(dòng)相關(guān)起始位置偏移量，Ω為分段移動(dòng)相關(guān)的移動(dòng)范圍；5)將各中繼與目的端之間的細(xì)定時(shí)偏移和粗定時(shí)偏移之相加得到各中繼與目的端 之間的定時(shí)偏移估計(jì)A =Kf, i = 1,2,... ,m；6)在步驟幻的基礎(chǔ)上，目的端利用接收信號(hào)在頻域?qū)?yīng)子載波上的相位差，計(jì)算各中 繼與目的端之間的小數(shù)倍頻率偏移又,；7)目的端對(duì)接收信號(hào)Hs)在頻域分別與&，i= l，2，...，m進(jìn)行分段相關(guān)，計(jì)算各中 繼與目的端之間的整數(shù)倍頻率偏移}、c ；8)將各中繼與目的端之間的小數(shù)倍頻率偏移和整數(shù)倍頻率偏移加得到各中繼 與目的端之間的頻率偏移估計(jì):HKf’i = 1，2，...，m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟6)所述的計(jì)算各中繼與目的端之間的小數(shù)倍 頻率偏移^·，按如下公式計(jì)算其中Θ (i)為第i個(gè)中繼訓(xùn)練符號(hào)的頻域子載波集合，a為子載波序號(hào)，Z ( ·)為求 角度函數(shù)，R1(B)為接收到的第一個(gè)訓(xùn)練符號(hào)在第a個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)，R2(a)為接收到的 第二個(gè)訓(xùn)練符號(hào)在第a個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)；小數(shù)倍頻率偏移估計(jì)值取多個(gè)小數(shù)倍頻率偏移 估計(jì)結(jié)果的平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟7)所述的計(jì)算各中繼與目的端之間的整數(shù)倍sl f = argmax^ Υ^τ{εε+ + {η-\)·Η + ν)·cl (n_V).H+v \ d e Ω頻率偏移^^，按如下公式計(jì)算(G W L=呵^l^iRM-^'K + N^ig-^-W + w + b)·Z^b e Ψ[w=lJ其中，i為中繼序號(hào)，隊(duì)為分段移動(dòng)相關(guān)起始位置，G為分段數(shù)，W為每段數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，且 GK K-Ne, g為段號(hào)，w為段內(nèi)數(shù)據(jù)序號(hào)，b為分段移動(dòng)相關(guān)起始位置偏移量，Ψ為整數(shù) 倍頻率偏移估計(jì)范圍，R1(G-I) · K+Ne+(g-l) · ff+w+b)為接收到的第一個(gè)訓(xùn)練符號(hào)在第 (i-1) · K+Ne+(g-l) · ff+w+b個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線通信領(lǐng)域中基于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的協(xié)作分集OFDM系統(tǒng)定時(shí)和頻率偏移估計(jì)方法，主要解決現(xiàn)有協(xié)作分集OFDM系統(tǒng)中由中繼到目的端的定時(shí)和頻率偏移估計(jì)精度低、復(fù)雜度高和傳輸效率低的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟是(1)設(shè)計(jì)各中繼的訓(xùn)練序列；(2)各中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)向目的端發(fā)送訓(xùn)練序列；(3)估計(jì)中繼和目的端之間的粗定時(shí)偏移；(4)估計(jì)各中繼與目的端之間的細(xì)定時(shí)偏移；(5)計(jì)算各中繼與目的端之間的定時(shí)偏移估計(jì)值；(6)估計(jì)各中繼與目的端之間的小數(shù)倍頻率偏移；(7)估計(jì)各中繼與目的端之間的整數(shù)倍頻率偏移；(8)計(jì)算各中繼與目的端之間的頻率偏移估計(jì)值。本發(fā)明能夠提高定時(shí)和頻率偏移估計(jì)性能、降低運(yùn)算復(fù)雜度、提高傳輸效率。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102143102SQ20111012284
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者丁海洋, 劉剛, 葛建華, 郭漪 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)