動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)的整數(shù)倍頻偏估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及無線通信系統(tǒng)的同步技術(shù)，為一種整數(shù)倍頻 偏估計方法，尤其設(shè)及一種動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)的整數(shù)倍頻偏估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，陸地寬帶無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，如LTE(LongTermEvolution)系統(tǒng)、 IMT-Advanced系統(tǒng)等，給人們帶來了非常便捷的寬帶無線多媒體通信體驗。我國迅猛發(fā)展 的航空、高速鐵路為人們的出行帶來了更加舒適的旅途環(huán)境，同時也催生了人們對高速移 動環(huán)境下寬帶無線通信的更高需求。
[0003] (FDM(0;rthogonalRrequen巧DivisionMultiplexing)由于其能夠有效克服無 線信道的多徑效應(yīng)引起的符號間干擾（Inter-SymbolInterference,ISI)，已經(jīng)成為現(xiàn)有 寬帶無線通信系統(tǒng)的標(biāo)志性物理層承載技術(shù)。但是在高速移動環(huán)境下，無線信道體現(xiàn)出更 強的雙彌散性，OFDM的調(diào)制波形為矩形波，因此頻域拖尾嚴(yán)重。在雙彌散信道條件下，OFDM 會產(chǎn)生嚴(yán)重的載波間干擾（Inter-CarrierIntederence,ICI)，從而降低系統(tǒng)性能。
[0004] 動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制技術(shù)"HanF.M.，ZhangX.D.Hexagonalmulticarrier modulation：Arobusttransmissionschemefortime-frequencydispersive channels，IEEETransactionsonSign曰IProcessing，vol.55，no.5，pp. 1955-1961， May2007."將數(shù)據(jù)符號調(diào)制在優(yōu)化設(shè)計的原型脈沖波形上，并且調(diào)制后的波形按照六邊 形方式排列在時頻平面上。動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)能夠有效降低ISI和ICI的影響，提 高高速移動環(huán)境下無線信號傳輸?shù)目煽啃?XuK.，XuY.，ZhangD.，MaW.，化Max-SINR receiverforHMToverdoublydispersivechannel，IEEETransactionsonVehicular Technology,vol. 62,no. 5,pp.2381-2387,Jun.2013."
[000引與OFDM系統(tǒng)不同的是，在動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)中沒有設(shè)置循環(huán)前綴，因此傳 統(tǒng)的針對OFDM系統(tǒng)設(shè)計的時間、頻率同步方法無法直接用于動態(tài)網(wǎng)格多載波系統(tǒng)。需要針 對動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)特點，設(shè)計新的訓(xùn)練序列和相應(yīng)的同步方法。
[0006] 針對高速移動環(huán)境下的整數(shù)倍頻偏估計方法，現(xiàn)階段已有的專利成果如下：
[0007] 1.威望科技（蘇州）有限公司公開了正交頻分多路系統(tǒng)整數(shù)倍頻偏估計方法。 設(shè)發(fā)射端頻域同步信號由PN序列組成，取運算窗口長度為L，根據(jù)整數(shù)倍頻偏最大數(shù)值為 I?fsub，按W下步驟進(jìn)行：①數(shù)據(jù)初始化，令窗口序數(shù)i= -1，構(gòu)造PN窗口；②構(gòu)造信號窗 口，并與PN窗口內(nèi)對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)相乘，得到L個相乘結(jié)果；③用Sa)表示L個數(shù)據(jù)中相 鄰數(shù)據(jù)相位未發(fā)生突變的數(shù)量；④令i=i+1，如果i《I則返回到②；⑥尋找S(i)中的最 大值，對應(yīng)的位置im。、標(biāo)志著PN序列窗口與接收同步信號窗口已對齊，im。、即為頻偏的整數(shù) 值。本發(fā)明利用PN碼的相位突變特性，通過分辨頻域同步信號相位變化特性判斷兩個窗口 是否對齊，進(jìn)而完成整數(shù)倍頻偏估計，其估計準(zhǔn)確度受定時誤差和信道噪聲的影響極小，是 一種易于實現(xiàn)且性能優(yōu)良的整數(shù)倍頻偏估計方法。
[0008] 2.中興通訊股份有限公司公開了一種整數(shù)倍頻偏估計方法及裝置。其中方法包 括：對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間間隔抽樣，得到與本地同步序列長度相同的接收數(shù)據(jù)序列； 按照預(yù)設(shè)的第一滑動窗，將所述本地同步序列與所述接收數(shù)據(jù)序列進(jìn)行時域相關(guān)運算，得 到相關(guān)運算結(jié)果，所述相關(guān)運算結(jié)果為nXm的數(shù)組，其中，n為定時捜索范圍的長度，也就 是指滑動窗滑動的范圍值，m與整數(shù)倍頻偏的捜索范圍相關(guān)，所述數(shù)組的每一列對應(yīng)一個整 數(shù)倍頻偏值；捜索所述相關(guān)運算結(jié)果中的最大值，利用所述最大值分別得到整數(shù)倍頻偏的 估計值和粗定時值。通過本發(fā)明，可W有效的抑制整數(shù)倍頻偏對定時精度的影響，同時適用 于在頻域內(nèi)和時域內(nèi)插入同步序列的情況，而且所有的同步解決方法都在時域內(nèi)完成。
[0009] 3.電子科技大學(xué)公開了一種整數(shù)倍頻偏估計的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)及整數(shù)倍頻 偏估計的方法及系統(tǒng)。包括步驟a.接收每一帖的所有同步符號，獲得各同步符號與發(fā)送的 頻域同步符號之間的關(guān)系式；b.對所接收的各同步符號分別進(jìn)行傅立葉解調(diào)獲得該同步 符號的頻域；C.對所接收的各同步符號分別進(jìn)行相鄰碼元做共輛相乘；d.根據(jù)步驟C的結(jié) 果與發(fā)送端經(jīng)循環(huán)移位后的頻域數(shù)據(jù)存在的最大相關(guān)性，得到整數(shù)倍頻偏估計值。本發(fā)明 整數(shù)倍頻偏估計的方法及系統(tǒng)，能夠?qū)o線通訊特別是CMMB系統(tǒng)中的整數(shù)倍頻偏進(jìn)行正 確估計，提高了系統(tǒng)的正確性和穩(wěn)定性，并且硬件實現(xiàn)簡單，運算過程快捷。
[0010] 現(xiàn)有的整數(shù)倍頻偏估計方法都是針對正交頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計的，并且沒有考慮到 高速移動環(huán)境下信道的雙彌散對信號的影響。在動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)中，子載波信號 在時頻平面上呈六邊形分布，并且前導(dǎo)符號與負(fù)載之間存在干擾。傳統(tǒng)的整數(shù)倍頻偏估計 方法不能夠獲得可靠的估計性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制 系統(tǒng)中基于加權(quán)互模糊函數(shù)的整數(shù)倍頻偏估計方法，本發(fā)明的整數(shù)倍頻偏估計方法具有低 信噪比條件下估計精度高等特點。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)的整數(shù)倍 頻偏估計方法，其特征在于：發(fā)送端發(fā)送的雙-CAZAC前導(dǎo)結(jié)構(gòu)包含兩個CAZAC序列：Qi和 〇2,且Qi=[qi(0) ,Qi(I)，...，Qi(Lq-I)]，ie{IJ}，
L/2表示訓(xùn)練序列長度；r1，iG{1,2}，表示CAZAC序列Q對應(yīng)的參數(shù)捆此，頻域前 導(dǎo)符號序列表不為
[0013]
[0014] mod( ?，?）表示取模運算，L，」表示下取整運算；因此，時域前導(dǎo)結(jié)構(gòu)可W表示為q = [q(0)，q(l)，…，q(L*+M/2-l)]，并且
且W= [4 (0)，4 (1)，...，4化4-1)]是長度為1^4的離散原型脈沖函數(shù)；前導(dǎo)與數(shù)據(jù)負(fù) 載構(gòu)成的一帖信號表示為
[0018] 進(jìn)一步的，接收端對接收到的一帖信號利用加權(quán)互模糊函數(shù)進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估 計：
[0019] 接收基帶信號表示為
[0020] r(n) = (Hx) (n)+w(n) 王廣I 陽 02U 運里(H對(內(nèi)) =X&(內(nèi)山4內(nèi)-U，且h=比(n，0)，h(n，l)，. . .，h(n，Lh-I)]表示 長度為Lh的離散時變沖激響應(yīng)；接收到的前導(dǎo)序列表示為
[0023] 運里At表示殘余時偏，fu=fiM+Af表示頻偏大小，其中fiM表示整數(shù)倍頻偏， Af表示小數(shù)倍頻偏；w(n)表示方差為的噪聲；
[0024] 接收到的前導(dǎo)序列rq(n)與發(fā)送的訓(xùn)練序列q(n)之間的互模糊函數(shù)表示為
[00%] 為了提高估計精度，其加權(quán)互模糊函數(shù)可W表示為
陽0測運里CP表示加權(quán)因子，P<L康示加權(quán)因子個數(shù)鹿義
[0030] 表示脈沖函數(shù)之間的互模糊函數(shù)，并且 陽03UDi=扣 1,0,Di,1，…，Di,L1]T 陽0巧其中（?）T表示向量的轉(zhuǎn)置鹿義
[0033]
[0034]貝11〔;,9片，/)可^表示為
[00 對巧,把/) = 0取>，/)01
[0036]由于化表示相互交替的兩個CAZAC訓(xùn)練序列，因此KP(T，f)是一個單位陣，且 ICfg,g(r，/)化（At，fiJ= (T，f)時能夠達(dá)到最大值鹿義0 = {T，巧，貝蠟于加權(quán)互 模糊函數(shù)的整數(shù)倍頻偏估計方法表示為
[0037] 0 =argm|xC;g(r，/)
[003引為了降低復(fù)雜度，需要滿足|啡|，其中|啡|<1/2表示整數(shù)倍頻偏的最大可 能取值。
[0039]本發(fā)明針對現(xiàn)有的整數(shù)倍頻偏估計方法沒有考慮到動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制信號特 點，前導(dǎo)序列與負(fù)載之間存在干擾等問題，提出了一種基于加權(quán)互模糊函數(shù)的整數(shù)倍頻偏 估計方法。本發(fā)明設(shè)計了一種雙-CAZAC前導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該前導(dǎo)在奇數(shù)、偶數(shù)子載波設(shè)置不同的 CAZAC序列，從而確保整數(shù)倍頻偏估計算法能夠在低信噪比條件下能夠進(jìn)行可靠的頻偏估 計。利用本發(fā)明設(shè)計的雙-CAZAC前導(dǎo)結(jié)構(gòu)，提出了一種基于加權(quán)互模糊函數(shù)的整數(shù)倍頻偏 估計方法，本發(fā)明能夠有效克服高速移動信道造成的符號間干擾和載波間干擾，并獲得可 靠的估計性能。
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明的動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制信號時頻結(jié)構(gòu)。
[0041] 圖2是本發(fā)明的雙-CAZAC前導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖3是本發(fā)明的信號流程示意圖。
[0043] 圖4是本發(fā)明的正確估計概率隨信噪比變化圖，移動速度為lOOkm/h。
[0044] 圖5是本發(fā)明的正確估計概率隨信噪比變化圖，移動速度為300km/h。
[0045] 圖6是本發(fā)明的正確估計概率隨移動速度變化圖，信噪比為-2地。
[0046] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步描述。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，一下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。 陽04引 實施例1
[0049]參見圖1、圖2和圖3,本動態(tài)網(wǎng)格多載波調(diào)制系統(tǒng)的整數(shù)倍頻偏估計方法，發(fā)送 端發(fā)送的雙-CAZAC前導(dǎo)結(jié)構(gòu)包含兩個CAZAC序列：Qi和Q2,且Qi= [Qi(O),Qi(I),…，
L/2表示訓(xùn)練序列長度； Tl,iG{1,2}，表示CAZAC序列Qi對應(yīng)的參數(shù)捆此，頻域前導(dǎo)符號序列表示為 陽化0]
[0051]mod( ?，?）表示取模運算，L'」表示下取整運算；因此，時域前導(dǎo)結(jié)構(gòu)可W表示為q= [q(0)，q(l)，…，q(L*+M/2-l)]，并且


且W= [4 (0)，4 (1)，...，4化4-1)]是長度為1^4的離散原型脈沖函數(shù)；前導(dǎo)與數(shù)據(jù)負(fù) 載構(gòu)成的一帖信號表不為
[0055] 接收端對接收到的一帖信號利用加權(quán)互模糊函數(shù)進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計：
[0056] 接收基帶信號表示為
[0057] r(n) = (Hx) (n)+w(n) 陽化引運里(壓O(W)=藝戶-/? )，且h=比(n，0)，h(n，l)，. .，h(n，Lh-1)表示長 度為Lh的離散時變沖激響應(yīng)；接收到的前導(dǎo)序列表示為 L/J-1
[0059] fgin)二e]:"片J^h(n，lh)q(n-Ih-At) +w(n) 4=0
[0060] 運里At表示殘余時偏，fu=fIM+Af表示頻偏大小，其中fiM表示整數(shù)倍頻偏， Af表示小數(shù)倍頻偏；w(n)表示方差為的噪聲；<