專利名稱：Sc-fde系統中具有超低復雜度的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明對單載波頻域均衡(single carrier frequency domainequalization, SC-FDE)系統中存在的整數倍頻偏進行了精確的估計，屬于通信技術領域，進一步涉及到超高速無線移動通信系統的時頻同步模塊中，實現同步系統中的整數倍頻偏估計。
背景技術：
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復用)系統具有抗多徑衰落能力強、頻譜利用率高、數據傳輸速率高等優(yōu)勢，已被廣泛應用于軍事和民用通信系統中，但是OFDM系統一 個主要的缺點就是峰均比較大。SC-FDE系統具有與OFDM系統類似的優(yōu)點，由于不存在多個子載波，其峰均比相對OFDM系統有了極大的改善，其發(fā)送端與傳統的單載波類似，設備簡單，因此非常適用于超高速無線移動通信系統上行鏈路中，在其通信系統的時頻同步模塊設計中，需要解決由于接收機本地晶體振蕩器的不穩(wěn)定性以及相對運動引起的多普勒頻偏問題，快速精確地估計出大范圍的多普勒頻偏是SC-FDE系統實現有效數據傳輸的前提和基礎。盡管基于頻域導頻的整數倍頻偏估計算法適用于OFDM系統，但是由于會產生較高的峰均比，所以這些方法都不適用于SC-FDE系統，到目前為止，對于SC-FDE系統還沒有很有效的整數倍頻偏估計方法。ZTE維創(chuàng)通訊公司提出的專利申請“用于估計和矯正LTE中的頻率偏移的裝置和方法”(申請?zhí)?00880003290.8，公開號CN101689882A)中公開了一種根據Chu序列來估計和校正頻率偏移的裝置和方法，該方法的實施步驟為:(a)在發(fā)送端，將Chu序列應用于本地訓練序列；(b)在接收端，對具有不同循環(huán)移位的Chu進行自相關以獲得Chu序列的自相關函數；(C)檢測自相關函數或者自相關函數的功率中前兩個最大的峰值，以獲得前兩個最大峰值之間的功率差；(d)利用頻率偏移和前兩個最大峰值之間的功率差的關系來估計發(fā)送端和接收端之間的頻率偏移。該發(fā)明的優(yōu)點在于可以在較大的頻率頻移范圍內、高噪聲條件下保持良好的性能，雖然簡單，但是降低了頻偏估計的精度。R.Tao, ff.-Q.ZhangandE.-Q.Chen 在文章 “Two-stage method for joint timedelay and Doppler shift estimation^ IET Radar Sonar Navig, 2008, 2 (I), pp.71 - 77)中首先利用 PWZFFT (pre-weighted Zoom fast Fourier transform, PWZFFT)方法計算互模糊函數，然后利用二次擬合曲面的方法對時延和多普勒頻偏進行聯合估計。該算法的實施步驟為:(I)粗估計即整數倍頻偏估計
la)在相對間隔比較大的離散網格點中采用PWZFFT方法計算互摸糊函數；Ib)搜索互摸糊函數的最大值,在由時延和多普勒頻移構成的二維平面上確定最大值周圍的其它八個點；Ic)采用二次擬合曲面方法得到粗估計的時延和多普勒頻移的估計值；(2)細估計即小數倍頻偏估計2a)在相對間隔比較小的離散網格點中采用PWZFFT方法計算互摸糊函數2b)搜索互摸糊函數的最大值,在由時延和多普勒頻移構成的二維平面上確定最大值周圍的其它八個點；2c)采用二次擬合曲面方法得到細估計的時延和頻偏的估計值。相對傳統的利用FFT計算互摸糊函數的方法，該算法的復雜度有了大大的降低，但是兩種方法都是在整個時延和頻偏范圍內對互摸糊函數進行遍歷，搜索出使二維度量矩陣達到最大時參數時延和多普勒頻移的取值，所以計算復雜度還是很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，針對SC-FDE系統，提出了一種基于Chu序列互模糊函數零切片的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，該算法具有超低的復雜度。本發(fā)明實現上述目的的具體步驟如下:(I)生成訓練序列Ia)通過通信系統信號處理器產生非二進制偽隨機Chu序列，獲得本地的頻域訓練序列，將Chu序列存儲在發(fā)射端和接收端的寄存器中；Ib)對Chu序列進行快速逆傅里葉變換，獲得對應的時域訓練序列，將時域訓練序列存儲在發(fā)射端的寄存器中；Ic)選擇時域訓練序列尾部長度為Ng的部分為循環(huán)前綴，將循環(huán)前綴附加到時域訓練序列的前端，構成發(fā)射信號的訓練序列；Id)將時域訓練序列附加到SC-FDE數據信號幀的前端，構成SC-FDE信號幀；(2)獲得接收端的頻域信號2a)接收端信號處理器將接收到的時域信號去掉前端長度為Ng的循環(huán)前綴，獲得去前綴的接收信號；2b)接收端信號處理器對去掉循環(huán)前綴的接收信號進行快速傅里葉變換，得到接收信號的頻域信號；(3)構造Chu序列的互模糊函數Doppler零切片；(4)構造度量函數:利用Chu序列的零切片，對整數倍頻偏和信道參數進行聯合估計，構造度量函數；(5)由度量函數得到整數倍頻偏估計；(6)根據得到的整數倍頻偏估計獲得相應的時域信道沖激響應估計。所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，所述的步驟Ia)中，通信系統利用Chu序列來構建SC-FDE幀的訓練序列，Chu序列具有很強的時域自相關性并且其時域序列和對應的頻域序列均為恒幅，本發(fā)明中的Chu序列由通信系統中的信號產生器按照下列公式生成:
權利要求
1.種基于ChU序列互模糊函數零切片的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于，其實現步驟如下: (1)生成訓練序列: Ia)通過通信系統信號處理器產生非二進制偽隨機Chu序列，獲得本地的頻域訓練序列，將Chu序列存儲在發(fā)射端和接收端的寄存器中； Ib)對Chu序列進行快速逆傅里葉變換，獲得對應的時域訓練序列，將時域訓練序列存儲在發(fā)射端的寄存器中； Ic)選擇時域訓練序列尾部長度為Ng的部分為循環(huán)前綴，將循環(huán)前綴附加到時域訓練序列的前端，構成發(fā)射信號的訓練序列； Id)將時域訓練序列附加到SC-FDE數據信號幀的前端，構成SC-FDE信號幀； (2)獲得接收端的頻域信號: 2a)接收端信號處理器將接收到的時域信號去掉前端長度為Ng的循環(huán)前綴，獲得去前綴的接收信號； 2b)接收端信號處理器對去掉循環(huán)前綴的接收信號進行快速傅里葉變換，得到接收信號的頻域信號； (3)構造Chu序列的互模糊函數Doppler零切片； (4)構造度量函數:利用Chu序列的零切片，對整數倍頻偏和信道參數進行聯合估計，構造度量函數； (5)由度量函數得到整數倍頻偏估計； (6)根據得到的整數倍頻偏估計獲得相應的時域信道沖激響應估計。
2.據權利要求1所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于:所述的步驟Ia)中，所述的Chu序列由通信系統信號處理器按照下列公式生成: 其中，X(k)為生成的Chu序列，e為自然對數的底數，j為虛數單位，μ為Chu序列根序號，k為計數因子，N表示訓練序列的長度，將Chu序列存儲在發(fā)射端和接收端的寄存器中。
3.據權利要求1所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于:步驟(3)中所述的零切片是由下列公式確定: ψ0=4,(τβ)=^-Ση^ ^)^ ^ =0 其中Ψο表示零切片，Ayx為生成的互模糊函數，τ為時延變量因子(O彡τ ^N-D, N為系統進行快速傅里葉變換的點數，Σ (O表示累加和，k為子載波序號(0<k< N-1)，Y(k)為接收端頻域信號，X(k)為本地訓練序列，(.廣表示取復共軛，e為自然對數的底數，j為虛數單位。
4.據權利要求1所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于:步驟(4)中所述的利用Chu序列的零切片，將整數倍頻偏和信道參數進行聯合估計，產生的度量函數為:
5.據權利要求1所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于:步驟(5)中所述的由度量函數得到整數倍頻偏估計為:
6.據權利要求1所述的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，其特征在于:步驟(6)中所述的根據產生的整數倍頻偏估計獲得時域信道沖激響應估計為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SC-FDE系統中具有超低復雜度的整數倍頻偏與信道參數聯合估計算法，包括以下步驟(1)生成訓練序列；(2)獲得接收端的頻域信號；(3)構造Chu序列的互模糊函數Doppler零切片；(4)構造度量函數利用Chu序列的零切片，對整數倍頻偏和信道參數進行聯合估計，構造度量函數；(5)由度量函數得到整數倍頻偏估計；(6)根據得到的整數倍頻偏估計獲得相應的時域信道沖激響應估計。該算法利用了Chu序列的互模糊函數的特性，僅使用零切片即可構造估計度量函數，不僅可以對整數倍頻偏進行估計，同時還可以進行信道估計。與傳統算法相比，無需多組互相關運算，具有極低的復雜度。
文檔編號H04L25/03GK103095613SQ20131002212
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權日2013年1月21日
發(fā)明者李丹萍, 張海林, 李勇朝, 劉毅, 任智源, 賈曉婷 申請人:西安電子科技大學