專利名稱：大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中寬帶單載波通信的頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法。特別適用于大頻偏環(huán)境下的單載波頻域均衡通信系統(tǒng)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
單載波頻域均衡通信系統(tǒng)多應(yīng)用于無(wú)線通信信道，需要按照一定的結(jié)構(gòu)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行組幀。利用幀頭中的信道估計(jì)序列，可以對(duì)信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，并用于信號(hào)均衡。在幀長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況下，即使在一幀時(shí)間內(nèi)信道無(wú)明顯變化，由于系統(tǒng)中各種頻偏因素的存在，一幀的后段信號(hào)相對(duì)于信道估計(jì)序列也會(huì)產(chǎn)生較大的相位旋轉(zhuǎn)，且無(wú)法通過(guò)均衡加以補(bǔ)償，造成系統(tǒng)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
在充分分析頻偏對(duì)系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上，本發(fā)明針對(duì)上述背景技術(shù)中的不足之處，提出頻偏估計(jì)加相位偏轉(zhuǎn)糾正的聯(lián)合估計(jì)方法，可以有效的將系統(tǒng)中的較大頻偏進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償，提高系統(tǒng)抗頻偏性能。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，它包括如下步驟(I)在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)對(duì)接收到的比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行分組；(2)將分組后的數(shù)據(jù)流調(diào)制為調(diào)制信號(hào)波形；(3)為每ー調(diào)制信號(hào)波形分組加入循環(huán)前綴(CP)，并按照幀長(zhǎng)要求，將多組已加入CP的調(diào)制信號(hào)波形分組，按順序組成幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分；(4)在每ー幀數(shù)據(jù)前端插入信道估計(jì)訓(xùn)練序列；(5)為每ー幀數(shù)據(jù)中插入同步訓(xùn)練序列，并進(jìn)行輸出至中頻；(6)在接收端，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；(7)對(duì)采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波，得到數(shù)字零中頻信號(hào)；(8)對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，找出分組的起始位置；(9)由分組的起始位置開(kāi)始，找出信道估計(jì)訓(xùn)練序列的兩段相同序列，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得頻偏估計(jì)值，并利用該估計(jì)值對(duì)原數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行一次頻偏糾正；

(10)對(duì)糾正過(guò)頻偏的信號(hào)進(jìn)行去除循環(huán)前綴處理；(11)將調(diào)制分組數(shù)據(jù)和信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行分離；(12)對(duì)分離出的調(diào)制分組數(shù)據(jù)使用離散傅立葉變換(DFT)，將數(shù)據(jù)由時(shí)域變換到頻域；(13)利用分離出的信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)；(14)利用估計(jì)出的調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)對(duì)調(diào)制信號(hào)頻域數(shù)據(jù)分組進(jìn)行信道均衡；
(15)對(duì)信道均衡后的調(diào)制信號(hào)頻域分組數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅立葉變換(IDFT)，將調(diào)制信號(hào)變換到時(shí)域；(16)變換到時(shí)域的調(diào)制信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)行相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)，并將估計(jì)值反饋至頻域均衡器，在均衡時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位偏轉(zhuǎn)的糾正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)頻偏補(bǔ)償；另一路均衡后的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)及判決處理，得到解調(diào)數(shù)據(jù)碼流。步驟(4)中插入的信道均衡序列由兩段相同的序列組成，并加入循環(huán)前綴。步驟(16)中，相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)是利用調(diào)制信號(hào)星座圖相位旋轉(zhuǎn)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述步驟(14)中，所采用的均衡算法為迫零均衡算法或者最小均方誤差算法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所取得的有益效果為本發(fā)明在只增加較小的系統(tǒng)開(kāi)銷的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的頻偏估計(jì)，以及·較高精度的頻偏補(bǔ)償，并且方法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度適中。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)組幀結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射機(jī)原理方框圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的接收機(jī)原理方框圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，圖I是本發(fā)明發(fā)射端改進(jìn)后的數(shù)據(jù)組幀結(jié)構(gòu)，發(fā)射端需要按照這樣的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行組幀，然后發(fā)射。參照?qǐng)D2、圖3，本發(fā)明實(shí)施例發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均工作于單載波分組傳輸方式，實(shí)施例信號(hào)調(diào)制方式采用PSK調(diào)制。(I)在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)對(duì)接收到的比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行分組；圖2發(fā)射機(jī)中的分組模塊I負(fù)責(zé)對(duì)比特流進(jìn)行分組。(2)將分組后的數(shù)據(jù)流調(diào)制為調(diào)制信號(hào)波形；波形調(diào)制模塊2負(fù)責(zé)將分組模塊I輸出比特?cái)?shù)據(jù)流調(diào)制為PSK信號(hào)，組成PSK調(diào)制信號(hào)分組。(3)為每ー調(diào)制信號(hào)波形分組加入循環(huán)前綴(CP)，并按照幀長(zhǎng)要求，將多組已加入CP的調(diào)制信號(hào)波形分組，按順序組成幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分；插入CP模塊3為每ー個(gè)PSK調(diào)制信號(hào)分組插入CP，以便于接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻域均衡，并按照一定格式要求進(jìn)行組幀操作。(4)在每ー幀數(shù)據(jù)前端插入信道估計(jì)訓(xùn)練序列，信道估計(jì)訓(xùn)練序列由兩段相同的序列(CE)以及CP組成；插入信道估計(jì)訓(xùn)練序列模塊4是在整個(gè)PSK數(shù)據(jù)分組之前插入具有一定格式的信道估計(jì)序列(CE)，詳細(xì)結(jié)構(gòu)可以參考圖I ;(5)為每ー幀數(shù)據(jù)中插入同步訓(xùn)練序列，并進(jìn)行輸出至中頻；插入同步訓(xùn)練序列模塊5在每ー幀數(shù)據(jù)的特定位置插入同步訓(xùn)練序列，以便接收機(jī)使用特定算法捜索得到信號(hào)幀的起始位置；本實(shí)例采用在每幀的起始位置插入同步訓(xùn)練序列的方式；當(dāng)然，也可以在每幀的其他位置插入同步訓(xùn)練序列；
(6)在接收端，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；圖3接收機(jī)中的A/D采樣變換模塊6以Q倍符號(hào)速率時(shí)鐘對(duì)接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣。(7)對(duì)采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波，得到數(shù)字零中頻信號(hào)；數(shù)字下變頻和濾波模塊7對(duì)過(guò)采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下變頻和低通濾波，獲得零中頻數(shù)字信號(hào)。如果采樣得到的數(shù)字信號(hào)本身就是零中頻信號(hào)，則數(shù)字信號(hào)下變頻部分可以忽略。(8)對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，找出分組的起始位置；幀同步単元8用于對(duì)數(shù)字下變頻和濾波后的過(guò)采樣數(shù)字信號(hào)進(jìn)行幀同歩，以找到信道估計(jì)序列和數(shù)據(jù)分組的起始位置。 (9)由分組的起始位置開(kāi)始，找出信道估計(jì)訓(xùn)練序列的兩段相同序列，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得頻偏估計(jì)值，并利用該估計(jì)值對(duì)原數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行一次頻偏糾正；頻偏估計(jì)器9是利用緊鄰的兩段相同的信道估計(jì)序列進(jìn)行前后相關(guān)運(yùn)算，從而獲得頻偏估計(jì)值。頻偏估計(jì)值和完成幀同步后的信號(hào)，會(huì)送入頻偏糾正模塊10中，利用正交變頻方法，對(duì)信號(hào)頻偏進(jìn)行糾正；在頻偏糾正時(shí)，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，使得幀同步后的信號(hào)和頻偏估計(jì)值輸出延時(shí)一致。頻偏估計(jì)算法如下設(shè)接收到的信號(hào)為r(n) = H [η)&χρ[]2π f^T^Os^n) (I)延時(shí)N的信號(hào)為r (n+N) = H (n) exp {j2 n fd (n+N) Tj Si (n+N)(2)其中，H(n)為信道在第η時(shí)刻的復(fù)脈沖響應(yīng)；TS信號(hào)采樣時(shí)間間隔；fd為信號(hào)頻偏Pi(Il)為發(fā)射信號(hào)。在幀定時(shí)確定的相關(guān)窗內(nèi)，取接收到的信號(hào)中的CE部分進(jìn)行相關(guān)，則有Si (n+N) = Si (η)(3)因此，可得共軛相關(guān)值為A (n) = r (n) r* (n+N) = H (η) |21 Si2 (n) | exp {-j2 n fdNTj(4)則前后兩段信號(hào)的相位差估計(jì)值為φ = Ζ^Α(η) = -]2π ΝΤχ(5)從而頻偏估計(jì)值為/ =~φ IlnNTs(6)在獲得頻偏估計(jì)值后，對(duì)原始接收信號(hào)進(jìn)行頻偏糾正r'{n) = r (n) exp ^-jln fdnTs J(7)(10)對(duì)糾正過(guò)頻偏的信號(hào)進(jìn)行去除循環(huán)前綴處理；去除CP模塊11用于去除數(shù)據(jù)分組的循環(huán)前綴。
(11)將調(diào)制分組數(shù)據(jù)和信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行分離；信道估計(jì)訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)分離模塊12用于將信道估計(jì)訓(xùn)練序列和PSK數(shù)據(jù)分組進(jìn)行分離，以便進(jìn)行信道估計(jì)和頻域均衡。(12)對(duì)分離出的調(diào)制分組數(shù)據(jù)使用離散傅立葉變換(DFT)，將數(shù)據(jù)由時(shí)域變換到頻域；DFT模塊13用于對(duì)過(guò)采樣的PSK數(shù)據(jù)分組進(jìn)行離散傅立葉變換，以便在頻域?qū)ζ溥M(jìn)行均衡。(13)利用分離出的信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)；信道估計(jì)器模塊14是利用過(guò)采樣的信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行分?jǐn)?shù)倍信道估計(jì)，估計(jì)出影響數(shù)字信號(hào)基帶部分的信道時(shí)域沖激響應(yīng)和相應(yīng)的頻域響應(yīng)。 (14)利用估計(jì)出的調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)對(duì)調(diào)制信號(hào)頻域數(shù)據(jù)分組進(jìn)行信道均衡；信道均衡模塊15使用信道估計(jì)模塊14估計(jì)出的信道頻域響應(yīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域均衡；均衡的作用是盡可能地消除信道產(chǎn)生的頻率選擇性衰落影響/接收機(jī)載波相位的影響和幀同步誤差產(chǎn)生的影響等。頻域均衡以子帶為單位進(jìn)行，均衡算法可以采用LS、MMSE或其他均衡算法。信道均衡模塊15在進(jìn)行均衡吋，除了使用信道估計(jì)值之外，還會(huì)利用相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)模塊17得到的相位偏轉(zhuǎn)值，在均衡時(shí)對(duì)信號(hào)在頻域進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)。(15)對(duì)信道均衡后的調(diào)制信號(hào)頻域分組數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅立葉變換(IDFT)，將調(diào)制信號(hào)變換到時(shí)域；IDFT模塊16用于對(duì)頻域均衡后的頻域數(shù)字信號(hào)分組進(jìn)行快速逆傅立葉變換，以便在時(shí)域?qū)ζ溥M(jìn)行解調(diào)和判決。(16)變換到時(shí)域的調(diào)制信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)行相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)，并將估計(jì)值反饋至頻域均衡器，在均衡時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位偏轉(zhuǎn)的糾正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)頻偏補(bǔ)償；另一路均衡后的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)及判決處理，得到解調(diào)數(shù)據(jù)碼流。相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)模塊17是對(duì)IDFT后的信號(hào)進(jìn)行星座圖相位旋轉(zhuǎn)估計(jì)，估計(jì)出輸出信號(hào)的相位與調(diào)制時(shí)設(shè)定的星座圖相位之間的偏轉(zhuǎn)量，并將估計(jì)得到的相位偏轉(zhuǎn)值反饋到信道均衡模塊15中。信號(hào)解調(diào)和判決模塊18用于對(duì)頻域均衡后的PSK信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，得到解調(diào)信息碼流，進(jìn)行輸出。相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)算法為對(duì)于PSK信號(hào)，第k段數(shù)據(jù)信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)量可由下式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟 (1)在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)對(duì)接收到的比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行分組； (2)將分組后的數(shù)據(jù)流調(diào)制為調(diào)制信號(hào)波形； (3)為每ー調(diào)制信號(hào)波形分組加入循環(huán)前綴，并按照幀長(zhǎng)要求，將多組已加入循環(huán)前綴的調(diào)制信號(hào)波形分組，按順序組成幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分； (4)在每ー幀數(shù)據(jù)前端插入信道估計(jì)訓(xùn)練序列； (5)為每ー幀數(shù)據(jù)中插入同步訓(xùn)練序列，并進(jìn)行輸出至中頻； (6)在接收端，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)； (7)對(duì)采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波，得到數(shù)字零中頻信號(hào)； (8)對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行幀同步處理，找出分組的起始位置； (9)由分組的起始位置開(kāi)始，找出信道估計(jì)訓(xùn)練序列的兩段相同序列，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得頻偏估計(jì)值，并利用該估計(jì)值對(duì)原數(shù)字零中頻信號(hào)進(jìn)行一次頻偏糾正； (10)對(duì)糾正過(guò)頻偏的信號(hào)進(jìn)行去除循環(huán)前綴處理； (11)將調(diào)制分組數(shù)據(jù)和信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行分離； (12)對(duì)分離出的調(diào)制分組數(shù)據(jù)使用離散傅立葉變換，將數(shù)據(jù)由時(shí)域變換到頻域； (13)利用分離出的信道估計(jì)訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)； (14)利用估計(jì)出的調(diào)制信號(hào)基帶內(nèi)各子帶的信道頻域響應(yīng)對(duì)調(diào)制信號(hào)頻域數(shù)據(jù)分組進(jìn)行信道均衡； (15)對(duì)信道均衡后的調(diào)制信號(hào)頻域分組數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅立葉變換，將調(diào)制信號(hào)變換到時(shí)域； (16)變換到時(shí)域的調(diào)制信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)行相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)，并將估計(jì)值反饋至頻域均衡器，在均衡時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位偏轉(zhuǎn)的糾正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)頻偏補(bǔ)償；另一路均衡后的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)及判決處理，得到解調(diào)數(shù)據(jù)碼流。
2.權(quán)利要求I所述的大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法，其特征在于步驟⑷中插入的信道均衡序列由兩段相同的序列組成，并加入循環(huán)前綴。
3.權(quán)利要求I所述的大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法，其特征在干步驟(16)中，相位偏轉(zhuǎn)估計(jì)是利用調(diào)制信號(hào)星座圖相位旋轉(zhuǎn)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.權(quán)利要求I所述的大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法，所述步驟(14)中，所采用的均衡算法為迫零均衡算法或者最小均方誤差算法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大頻偏條件下單載波頻域均衡系統(tǒng)載波頻偏估計(jì)和補(bǔ)償方法，通過(guò)對(duì)接受到的幀頭重復(fù)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得初略的頻偏估計(jì)值，并利用估計(jì)到的頻偏估計(jì)值對(duì)信號(hào)進(jìn)行開(kāi)環(huán)補(bǔ)償處理；頻偏補(bǔ)償后的信號(hào)，經(jīng)過(guò)均衡等處理后得到解調(diào)星座圖，通過(guò)對(duì)星座圖旋轉(zhuǎn)相位的計(jì)算，得到精細(xì)頻偏估計(jì)值，并將此估計(jì)值反饋到均衡器部分，進(jìn)行閉環(huán)補(bǔ)償，從而完成對(duì)信號(hào)頻偏的估計(jì)和補(bǔ)償處理。本發(fā)明具有估計(jì)頻偏范圍大，頻偏補(bǔ)償精度高，算法復(fù)雜度適中等特點(diǎn)，特別適用于大頻偏環(huán)境下的單載波頻域均衡通信系統(tǒng)應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102821079SQ20121032176
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者倪光華, 張航 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所