CN112600776B - 一种适用于ofdm系统的频偏补偿方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置，其方法包括：子帧级符号调度器、第一寄存器、初相及频偏计算器、第二寄存器、相位累加器、查表及波形生成器、近似校准器、频偏校准器和角度矫正器。本发明能够在降低资源占用的前提下实现高精度的频偏补偿。

Description

一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤指一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置。

背景技术

无线通信分为两类：无线移动通信(Wireless Mobile Communication)和无线局域网(LAN)通信。

无线通信系统中，常常需要对计算波形进行频偏补偿。假设信号采样率为fs，需要补偿的频偏为f0，计算波形为x(k)(k＝0，…n)，频偏补偿后的信号为：

y(k)＝x(k)*(cos(f0/fs*2*pi*(k-1))+1i*sin(f0/fs*2*pi*(k-1)))，k＝1，…n。从而实现时域频偏补偿。现有的频偏补偿方案包括，查表法，CORDIC实现法，二次查表法等方案。

查表法为了实现高精度的频偏补偿，需要存储比较大的表格，占用资源。

CORDIC实现法会增加时延，而且为了实现较高精度，需要迭代次数较大，也会增大功耗。

二次查表法是一个较好的折中方案，能够较好的平衡存储空间和功耗，但二次查表后还需要多做一次复数乘法，也会消耗一定的资源，且性能也受二次查表大小的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置，实现能够在降低资源占用的前提下实现高精度的频偏补偿。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法，包括步骤：

子帧级符号调度器获取子帧数据之前，第一寄存器刷新子帧参数且第二寄存器刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

所述子帧级符号调度器根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

所述初相及频偏计算器判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值不等于所述预设角度值时，相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

查表及波形生成器根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；

近似校准器根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

频偏校准器根据所述波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于所述预设角度值时，角度矫正器根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准。

进一步的，所述初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值包括步骤：

所述初相及频偏计算器根据所述刷新标识位判断是否计算更新频偏及初相参数；

在确定所述刷新标识位符合预设更新条件时，所述初相及频偏计算器获取更新后的初相参数，并根据频偏参数代入归一化公式计算得到频偏补偿值；

fn_delta＝round(fn/fs*2^32)

在确定所述刷新标识位不符合预设更新条件时，所述初相及频偏计算器不进行频偏及初相参数的更新；

其中，fn为当前子帧数据的频偏值，fs为当前子帧数据的采样频率，round()为取整函数。

进一步的，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值包括步骤：

在确定所述刷新标识位符合预设更新条件时，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、更新后的初相参数，以及更新后的频偏补偿值进行累加计算得到对应的相位累加值；或，

在确定所述刷新标识位不符合预设更新条件时，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、所述频偏及初相参数进行累加计算得到对应的相位累加值。

进一步的，所述查表及波形生成器根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形包括步骤：

所述查表及波形生成器根据预设数值与所述相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值；

所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取高三位得到所述第一目标数值；

所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据所述第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段；

所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取高七位得到第二目标数值，根据所述第二目标数值查询预设映射表得到对应的计算波形；

所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取第十七到第二十二位得到所述第三目标数值。

进一步的，所述查表及波形生成器根据预设数值与所述相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值包括步骤：

若所述相位累加值大于所述预设数值，所述查表及波形生成器确定所述目标相位累加值等于所述相位累加值与第一预设数据的差值；

若所述相位累加值不大于所述预设数值，所述查表及波形生成器确定所述目标相位累加值等于所述相位累加值。

进一步的，所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据所述第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段包括步骤：

所述查表及波形生成器判断所述第一目标数值是否为奇数；

若所述第一目标数值为奇数，所述查表及波形生成器确定所述目标提取字段等于第二预设数据与所述提取字段的差值；

若所述第一目标数值为偶数，所述查表及波形生成器确定所述目标提取字段等于所述提取字段。

进一步的，所述近似校准器根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值包括步骤：

所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形；

所述近似校准器根据所述第一目标数值和校准后的计算波形，进行计算输出频偏补偿后的波形数值。

进一步的，所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形包括步骤：

所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值获取实部值以及虚部值；

所述近似校准器根据所述实部值和虚部值进行计算得到校准后的计算波形。

进一步的，所述角度矫正器根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准包括步骤：

在所述频偏补偿值等于零时，所述角度矫正器输出所述频偏补偿输出数据；

在所述频偏补偿值不等于零时，所述角度矫正器根据所述调度后数据进行变换得到频偏补偿输出数据。

本发明还提供一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置，包括：

第一寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新子帧参数；

第二寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

所述子帧级符号调度器，用于根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

初相及频偏计算器，用于根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

所述初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

若初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值不等于所述预设角度值时，相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

查表及波形生成器，用于根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；

近似校准器，用于根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

频偏校准器，用于根据所述波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于所述预设角度值时，角度矫正器，用于根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准。

通过本发明提供的一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置，能够在降低资源占用的前提下实现高精度的频偏补偿。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法和装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置的查表及波形生成器的结构示意图；

图3是本发明一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置的近似校准器的结构示意图；

图4是本发明一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法的效果示意图；

图5是本发明一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

5G NR的子载波间隔、帧、子帧、时隙、符号。

5G NR中定义帧(radios frame)的长度为10ms，每帧分为同样的两个半帧(halfframe)，每个半帧为5ms，每帧又可以分为10个子帧(subframe)，每个子帧为1ms。

5GNR中有5种可选的子载波间隔，包括15khz、30khz、60khz、120khz、240khz。循环前缀(Cyclic Prefix，简称CP)决定了子载波间隔的最大值，因为子载波间隔越大，OFDM符号时长越短，CP也就越短，CP的作用之一是抵抗多径时延，CP要大于最大多径时延，所以过短的CP会无法克服多径时延。

5G NR中时隙(slot)长度取决于子载波间隔，子载波间隔越宽，时隙的持续时间就越短。

5GNR中符号是调制的基本单位。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法，包括步骤：

S10子帧级符号调度器获取子帧数据之前，第一寄存器刷新子帧参数且第二寄存器刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

S20子帧级符号调度器根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

S30初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

S40初相及频偏计算器判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

S50若初相及频偏计算器判断频偏补偿值不等于预设角度值时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

S60查表及波形生成器根据相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；

S70近似校准器根据计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

S80频偏校准器根据波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

S90若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于预设角度值时，角度矫正器根据频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准。

进一步的，初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值包括步骤：

初相及频偏计算器根据刷新标识位判断是否计算更新频偏及初相参数；

在确定刷新标识位符合预设更新条件时，初相及频偏计算器获取更新后的初相参数，并根据频偏参数代入归一化公式计算得到频偏补偿值；

fn_delta＝round(fn/fs*2^32)

在确定刷新标识位不符合预设更新条件时，初相及频偏计算器不进行频偏及初相参数的更新；

其中，fn为当前子帧数据的频偏值，fs为当前子帧数据的采样频率，round()为取整函数，/表示除号，*表示乘号，^表示2的32次方。

进一步的，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值包括步骤：

在确定刷新标识位符合预设更新条件时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、更新后的初相参数，以及更新后的频偏补偿值进行累加计算得到对应的相位累加值；或，

在确定刷新标识位不符合预设更新条件时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数进行累加计算得到对应的相位累加值。

进一步的，查表及波形生成器根据相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形包括步骤：

查表及波形生成器根据预设数值与相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值；

查表及波形生成器对目标相位累加值提取高三位得到第一目标数值；

查表及波形生成器对目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段；

查表及波形生成器对目标提取字段提取高七位得到第二目标数值，根据第二目标数值查询预设映射表得到对应的计算波形；

查表及波形生成器对目标提取字段提取第十七到第二十二位得到第三目标数值。

进一步的，查表及波形生成器根据预设数值与相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值包括步骤：

若相位累加值大于预设数值，查表及波形生成器确定目标相位累加值等于相位累加值与第一预设数据的差值；

若相位累加值不大于预设数值，查表及波形生成器确定目标相位累加值等于相位累加值。

进一步的，查表及波形生成器对目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段包括步骤：

查表及波形生成器判断第一目标数值是否为奇数；

若第一目标数值为奇数，查表及波形生成器确定目标提取字段等于第二预设数据与提取字段的差值；

若第一目标数值为偶数，查表及波形生成器确定目标提取字段等于提取字段。

进一步的，近似校准器根据计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值包括步骤：

近似校准器根据计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形；

近似校准器根据第一目标数值和校准后的计算波形，进行计算输出频偏补偿后的波形数值。

进一步的，近似校准器根据计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形包括步骤：

近似校准器根据计算波形和第三目标数值获取实部值以及虚部值；

近似校准器根据实部值和虚部值进行计算得到校准后的计算波形。

进一步的，角度矫正器根据频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准包括步骤：

在频偏补偿值等于零时，角度矫正器输出频偏补偿输出数据；

在频偏补偿值不等于零时，角度矫正器根据调度后数据进行变换得到频偏补偿输出数据。

本实施例中，采用查表法与近似校准相结合方式进行时域频偏补偿，，能够用较小的存储资源及实数乘法器，实现较高的补偿精度，达到接近的性能，且省掉了二次查表之后的复数乘法器。通过预存协议规定的5G-NR子帧结构和符号调度，根据当前子载波间隔选择对应的子帧结构，调度实现只对有用数据进行频偏补偿，避免了功耗的浪费。通过将0～2*pi映射到0～pi*/4，运用三角函数变换公式不需要增加运算量，只需要存储1/8原始大小的表格，大大简化了查表法所需存储大小。增加0/90判断，当0/90度(频偏为0或者Fs/4)时，数据直接矫正出来，降低功耗。

基于前述实施例，S10子帧级符号调度器根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度之前包括步骤：

S01每当射频重启或复位后，在OFDM系统接收到计算波形时，第一寄存器更新计算波形对应的子帧参数；

S02每当输入一子帧数据至子帧级符号调度器时，第二寄存器更新自身储存的频偏及初相参数、刷新标识位。

基于前述实施例，S20初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值包括步骤：

S21初相及频偏计算器根据刷新标识位判断是否计算更新频偏及初相参数；

S22在确定刷新标识位符合预设更新条件时，初相及频偏计算器获取更新后的初相参数，并根据频偏参数代入归一化公式计算得到频偏补偿值；

fn_delta＝round(fn/fs*2^32)

S23在确定刷新标识位不符合预设更新条件时，初相及频偏计算器不进行频偏及初相参数的更新；

其中，fn为当前子帧数据的频偏值，fs为当前子帧数据的采样频率，round()为取整函数。

基于前述实施例，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值包括步骤：

在确定刷新标识位符合预设更新条件时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、更新后的初相参数，以及更新后的频偏补偿值进行累加计算得到对应的相位累加值；或，

在确定刷新标识位不符合预设更新条件时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数进行累加计算得到对应的相位累加值。

基于前述实施例，查表及波形生成器根据相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形包括步骤：

查表及波形生成器根据预设数值与相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值；

查表及波形生成器对目标相位累加值提取高三位得到第一目标数值；

查表及波形生成器对目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段；

查表及波形生成器对目标提取字段提取高七位得到第二目标数值，根据第二目标数值查询预设映射表得到对应的计算波形；

查表及波形生成器对目标提取字段提取第十七到第二十二位得到第三目标数值。

基于前述实施例，查表及波形生成器根据预设数值与相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值包括步骤：

若相位累加值大于预设数值，查表及波形生成器确定目标相位累加值等于相位累加值与第一预设数据的差值；

若相位累加值不大于预设数值，查表及波形生成器确定目标相位累加值等于相位累加值。

基于前述实施例，查表及波形生成器对目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段包括步骤：

查表及波形生成器判断第一目标数值是否为奇数；

若第一目标数值为奇数，查表及波形生成器确定目标提取字段等于第二预设数据与提取字段的差值；

若第一目标数值为偶数，查表及波形生成器确定目标提取字段等于提取字段。

基于前述实施例，近似校准器根据计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值包括步骤：

近似校准器根据计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形；

近似校准器根据第一目标数值和校准后的计算波形，进行计算输出频偏补偿后的波形数值。

具体的，本发明中适用于OFDM系统的频偏补偿方法主要用于5G NR接收机的频偏补偿，包括以下几个部分：子帧及符号调度，初相及频偏计算，相位累加，查表及波形生成，近似校准校准，频偏校准。具体的步骤如下：

S1、新子帧数据输入前，刷新寄存器1中的子帧级符号调度参数、寄存器2中的频偏及初相参数、FreshFlag参数。

S2、将寄存器1中的子帧级符号调度参数输入子帧及符号调度器，根据输入参数对数据进行子帧级调度，并将符号级数据长度、CP长度参数、及调度后的数据输出。

S3、将寄存器2中初相及频偏参数、FreshFlag参数输入初相及频偏计算器：

S301根据freshflag判断是否利用输入的初相及频偏参数，计算得到U32初相及归一化后的U32频偏补偿值并输出。若不刷新，则不计算。归一化方式为：频偏补偿值(f0_delta＝round(f0/fs*2^32))。若为0/90度，直接跳到S8。

S4、将S2中当前子帧每个符号的数据长度、CP长度参数，初相、freshflag及S301输出的频偏值(f0_delta)输入相位累加器。相位累加器是对相位进行线性累加的寄存器。

S401、根据freshflag判断是否刷新S3输出的频偏值及初相。若不刷新，频偏值及初相不改变。

S402、根据该子帧每个符号数据长度及CP长度参数，以及S3输出或者S401更新的频偏值及初相，进行累加计算相位累加值。

每累加一次输出相位累加值，当累加值到达每个符号边界时到下一个符号第一个数据位置时，需要累加该符号CP长度+1次再输出累加值。

S5、将S4输出的累加值delta，输入查表及波形生成器输出Findex、index1、index2以及波形x，具体过程如图2所示。

S501、若delta大于2^32-1则delta＝delta-2^32。

S502、取Findex(即本发明的第一目标数值)＝(delta的第30～32bit)。

S503、取delta_n(即本发明的提取字段)＝(delta的第1～29bit)，若Findex(高三位)为奇数，则刷新delta_n＝2^29-1-delta_n；

S504、取index1(即本发明的第二目标数值)＝delta_n的第23～29bit，取index2(即本发明的第三目标数值)＝delta_n的第17～22bit。

S505、使用index1(即本发明的第二目标数值)查表LUT1，得到波形数据x。

将S505得到的x、S504得到的index2(即本发明的第三目标数值)、S502计算的Findex输入近似校准器进行计算，近似校准框图如图3所示：

S601、近似校准器：

x1_re＝real(x)-imag(x)*index2；

x1_im＝imag(x)+real(x)*index2；

然后更新x：

x＝x1_re+1i*x1_im；

S602、根据Findex，S601校准后x，判断输出波形y。

其中，real()为实部求值函数，imag()为虚部求值函数，i为迭代的序号值。

S7、将S2调度后的数据及相应计算出的波形y输入频偏校准器，做复数乘法，完成频偏补偿输出数据。

S8、将S2调度后的数据，及S3频偏补偿值输入0/90校准器。

若f0_delta＝0，则数据直接输出。否则，根据调度计算，以4为周期进行如下变换输出数据：

y(4k+1)＝x(4k+1)；

y(4k+2)＝x(4k+2)*i＝-imag(x(4k+2))+1i*real(x(4k+2))；

y(4k+3)＝-x(4k+3)；

y(4k+4)＝-x(4k+4)*i＝imag(x(4k+4))-1i*real(x(4k+4))；

通过IQ交换及变符号即可实现。

本发明主要通过增加5GNR符号调度、简化查表法与近似校准((CoordinateRotation Digital Computer)算法即坐标旋转数字计算方法，通过基本的加和移位运算代替乘法运算，使得矢量的旋转和定向的计算不再需要三角函数、乘法、开方、反三角、指数等函数)相结合的方式实现5G接收机的时域频偏补偿。

无线通信系统中，常常需要对接收信号进行频偏补偿。设信号采样率为fs，需要补偿的频偏为f0，接收信号为x(k)(k＝0，…n)，频偏补偿后的信号为y(k)，x，y为复数，则

y(k)＝x(k)*{cos(f0/fs*2*pi*(k-1))+1i*sin(f0/fs*2*pi*(k-1))}，k＝1，…n

等价看做：

y(k)＝x(k)*{cos(delta)+1i*sin(delta)}，k＝1，…n。delta在0～2*pi之间。

从而实现频偏补偿。

本发明将上述过程拆分成两个过程，将delta拆分为：delta＝delta1+delta2。其中delta1＝m*2*pi/1024，其中m为非负整数。

上述公式可以等价于：

y(k)＝x(k)*{cos(delta)+1i*sin(delta)}

＝x(k)*{cos(delta1+delta2)+1i*sin(delta1+delta2)}

＝x(k)*{cos(delta1)+1i*sin(delta1))*(cos(delta2)+1i*sin(delta2)}

＝x(k)*z

z1＝(cos(delta1)+1i*sin(delta1))；

z2＝(cos(delta2)+1i*sin(delta2))；

z＝(cos(delta)+1i*sin(delta))＝z1*z2；

z可以通过先计算z1，再计算z2，将z1、z2相乘得到。

由于delta为2*pi/1024的整数倍，可以通过查表得到。z1*z2可以通过近似校准将z1旋转delta2角度得到。近似校准增加提前退出机制，避免无效迭代，浪费功耗。

对于任意角度a，0<＝a<2*pi，可以写作a＝b+m*pi/4，其中，0＝<b<pi/4，m为0～7之中的数。则

cos(a)＝cos(b+m*pi/4)；

对于m＝0；cos(a)＝cos(b)，m＝1，cos(a)＝sin(pi/4-b)；

以此类推计算，cos(a)总是可以表示成b，pi/4-b这两个角度的正余弦值，及其正余弦值取负号的结果。同理，sin(a)也可以这样表示。则我们可以将0～2*pi范围的角度正余弦值计算，计算0～pi/4范围的结果。同时，只需要存储cos，sin表，然后通过正反顺序取数的方式即可取出b和pi/4-b的结果。

本发明适用于OFDM系统的频偏补偿装置包括子帧级符号调度器，初相及频偏计算器，相位累加器，查表及波形生成器，近似校准器，0或90矫正器(即本发明角度矫正器)，频偏校准器，寄存器1，寄存器2。两个寄存器可以配置频偏、初相及子帧结构，用于子帧级符号调度器进行调度以及初相及频偏补偿器计算。子帧级符号调度器将数据按照子帧及符号调度使得调度后数据输出为去掉CP后的每个符号数据。初相及频偏计算器，根据每次寄存器刷新后的频偏、采样率计算归一化后的频偏补偿值。相位累加器，根据输入的子帧内每个符号长度及CP长度参数，进行相位累加，控制累加器输出。查表及波形生成器，根据累加器的输出进行初查表计算得到初始波形。近似校准器，根据输入的初始波形、index2(即本发明的第三目标数值)、Findex对初始波形进行校准，得到精准的波形。频偏校准器，根据输入数据及其对应的波形，做复数乘法，完成频偏校准。

本发明采用查表法与近似校准相结合方式进行时域频偏补偿，能够用较小的存储资源及实数乘法器，实现较高的补偿精度，达到接近的性能，且省掉了二次查表之后的复数乘法器。通过增加灵活的子帧结构和符号调度，可以实现自由配置子帧长度及符号个数以及子帧参数，每个子帧最大允许配置64个符号，每个符号有16种符号长度及cp长度可选，调度只对有用数据进行频偏补偿，避免了功耗的浪费。通过将0～2*pi映射到0～pi*/4，运用三角函数变换公式不需要增加运算量，只需要存储1/8原始大小的表格，大大简化了查表法所需存储大小。增加0/90判断，当0/90度(频偏为0或者Fs/4)时，数据直接矫正出来，降低功耗。

示例性的，设某一OFDM系统，连续两个子帧符号个数为m，n；CP每个符号CP长度分别为[x_1，x_2…x_m，....x_(m+n)]，数据长度为[z_1，z_2，…z_m，…z_(m+n)]；第一个子帧到来前，刷新该子帧的符号个数m及相对应的CP长度，数据长度，以及频偏phase_init，及频偏值f0。按照计算流程，将数据和参数传入该装置，得到矫正后的数据。第二个子帧到来前，刷新该子帧的符号个数n及相对应的CP长度，数据长度，以及频偏phase_init，及频偏值f0(不等于0或者fs/4)。按照计算流程，将数据和参数传入该装置，得到矫正后的数据。

S1、新子帧数据输入前，刷新寄存器1中第一个子帧的结构参数：符号个数m及相对应的CP长度[x_1，x_2…x_m]，数据长度[z_1，z_2，…z_m]，寄存器2中的频偏f0及初相参数phase_init、FreshFlag＝1参数。

S2、将寄存器1中的子帧级符号调度参数输入子帧及符号调度器，根据输入参数对数据进行子帧级调度，并将符号级数据长度、CP长度参数、及调度后的数据输出。

支持对子帧结构进行灵活配置，1个子帧最大可配置64个符号，允许16种中符号长度及cp长度可选。

S3、将寄存器2中初相及频偏参数、FreshFlag参数输入初相及频偏器：

利用输入的初相及频偏参数，计算得到U32初相及归一化后的U32频偏补偿值并输出。若不刷新，归一化方式为：频偏补偿值(f0_delta＝round(f0/fs*2^32))。

S4、将S2中当前子帧每个符号的数据长度、CP长度参数，S3输出的频偏值(f0_delta)及初相、freshflag输入相位累加器：

S401、刷新S3输出的频偏值及初相。

S402、根据该子帧每个符号数据长度及CP长度参数，以及频偏值及初相，进行累加计算相位累加值。每累加一次输出相位累加值，当累加值到达每个符号边界时到下一个符号第一个数据位置时，需要累加该符号CP长度+1次再输出累加值。

S5、将S4输出的累加值delta，输入查表及波形生成模块(LUT1表示本地波形表格):

S501、若delta大于2^32-1则delta＝delta-2^32。

S502、取Findex＝(delta的第30～32bit)。

S503、取delta_n＝(delta的第1～29bit)，若Findex为奇数，则刷新delta_n＝2^29-1-delta_n；

S504、取index1＝delta_n的第23～29bit，取index2＝delta_n的第17～22bit。

S505、使用index1查表LUT1，得到波形数据x。

S6、将S505得到的x、S504得到的index2、S502计算的Findex输入近似校准器：

S601、近似校准器：

x1_re＝real(x)-imag(x)*index2；

x1_im＝imag(x)+real(x)*index2；

然后更新x：

x＝x1_re+1i*x1_im；

S602、根据Findex，S601校准后x，判断输出波形y。

S7、将S2调度后的数据及相应计算出的波形y输入频偏校准器，做复数乘法，完成频偏补偿输出数据。

示例性的，设某一OFDM系统，连续两个子帧符号个数为m，n；CP每个符号CP长度分别为[x_1，x_2…x_m，....x_(m+n)]，数据长度为[z_1，z_2，…z_m，…z_(m+n)]；第一个子帧到来前，刷新该子帧的符号个数m及相对应的CP长度，数据长度，以及频偏phase_init，及频偏值f0。按照计算流程，将数据和参数传入该装置，得到矫正后的数据。第二个子帧到来前，刷新该子帧的符号个数n及相对应的CP长度，数据长度，以及频偏phase_init，及频偏值f0＝0或者fs/4。按照计算流程，将数据和参数传入该装置，得到矫正后的数据。

S1、新子帧数据输入前，刷新寄存器1中第一个子帧的结构参数：符号个数m及相对应的CP长度[x_1，x_2…x_m]，数据长度[z_1，z_2，…z_m]，寄存器2中的频偏f0及初相参数phase_init、FreshFlag参数。

S2、将寄存器1中的子帧级符号调度参数输入子帧及符号调度器，根据输入参数对数据进行子帧级调度，并将符号级数据长度、CP长度参数、及调度后的数据输出。。

S3、将寄存器2中初相及频偏参数、FreshFlag参数输入初相及频偏器：

输入的初相及频偏参数，计算得到U32初相及归一化后的U32频偏补偿值并输出。归一化方式为：频偏补偿值(f0_delta＝round(f0/fs*2^32))。为0/90度，直接跳到S8。

S8、将S2调度后的数据，及S3频偏补偿值输入0/90校准器。

若f0_delta＝0，则数据直接输出。否则，根据调度计算，以4为周期进行如下变换输出数据：

y(4k+1)＝x(4k+1)；

y(4k+2)＝x(4k+2)*i＝-imag(x(4k+2))+1i*real(x(4k+2))；

y(4k+3)＝-x(4k+3)；

y(4k+4)＝-x(4k+4)*i＝imag(x(4k+4))-1i*real(x(4k+4))；

本发明的一个实施例，如图5所示，一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置，包括：

第一寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新子帧参数；

第二寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

子帧级符号调度器，用于根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

初相及频偏计算器，用于根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

若初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值不等于预设角度值时，相位累加器根据符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

查表及波形生成器，用于根据相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；

近似校准器，用于根据计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

频偏校准器，用于根据波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于预设角度值时，角度矫正器，用于根据频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，包括步骤：

子帧级符号调度器获取子帧数据之前，第一寄存器刷新子帧参数且第二寄存器刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

所述子帧级符号调度器根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

所述初相及频偏计算器判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值不等于所述预设角度值时，相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

查表及波形生成器根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；

近似校准器根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

频偏校准器根据所述波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于所述预设角度值时，角度矫正器根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

所述查表及波形生成器根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形包括步骤：

所述查表及波形生成器根据预设数值与所述相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值；

所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取高三位得到所述第一目标数值；

所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据所述第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段；

所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取高七位得到第二目标数值，根据所述第二目标数值查询预设映射表得到对应的计算波形；

所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取第十七到第二十二位得到所述第三目标数值；

所述近似校准器根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值包括步骤：

所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形；

所述近似校准器根据所述第一目标数值和校准后的计算波形，进行计算输出频偏补偿后的波形数值。

2.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述初相及频偏计算器根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值包括步骤：

所述初相及频偏计算器根据所述刷新标识位判断是否计算更新频偏及初相参数；

在确定所述刷新标识位符合预设更新条件时，所述初相及频偏计算器获取更新后的初相参数，并根据频偏参数代入归一化公式计算得到频偏补偿值；

fn_delta＝round(fn/fs*2^32)

在确定所述刷新标识位不符合预设更新条件时，所述初相及频偏计算器不进行频偏及初相参数的更新；

其中，fn为当前子帧数据的频偏值，fs为当前子帧数据的采样频率，round()为取整函数。

3.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值包括步骤：

在确定所述刷新标识位符合预设更新条件时，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、更新后的初相参数，以及更新后的频偏补偿值进行累加计算得到对应的相位累加值；或，

在确定所述刷新标识位不符合预设更新条件时，所述相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、所述频偏及初相参数进行累加计算得到对应的相位累加值。

4.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述查表及波形生成器根据预设数值与所述相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值包括步骤：

若所述相位累加值大于所述预设数值，所述查表及波形生成器确定所述目标相位累加值等于所述相位累加值与第一预设数据的差值；

若所述相位累加值不大于所述预设数值，所述查表及波形生成器确定所述目标相位累加值等于所述相位累加值。

5.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据所述第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段包括步骤：

所述查表及波形生成器判断所述第一目标数值是否为奇数；

若所述第一目标数值为奇数，所述查表及波形生成器确定所述目标提取字段等于第二预设数据与所述提取字段的差值；

若所述第一目标数值为偶数，所述查表及波形生成器确定所述目标提取字段等于所述提取字段。

6.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形包括步骤：

所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值获取实部值以及虚部值；

所述近似校准器根据所述实部值和虚部值进行计算得到校准后的计算波形。

7.根据权利要求1所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，其特征在于，所述角度矫正器根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准包括步骤：

在所述频偏补偿值等于零时，所述角度矫正器输出所述频偏补偿输出数据；

在所述频偏补偿值不等于零时，所述角度矫正器根据所述调度后数据进行变换得到频偏补偿输出数据。

8.一种适用于OFDM系统的频偏补偿装置，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的适用于OFDM系统的频偏补偿方法，包括：

第一寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新子帧参数；

第二寄存器，用于子帧级符号调度器获取子帧数据之前刷新频偏及初相参数、刷新标识位；

所述子帧级符号调度器，用于根据从第一寄存器处获取的子帧参数对输入的子帧数据进行子帧级调度，并输出调度后数据及其符号级数据长度、循环前缀长度参数；

初相及频偏计算器，用于根据从第二寄存器处获取频偏及初相参数、刷新标识位输出频偏补偿值；

所述初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值是否等于预设角度值；

若初相及频偏计算器，用于判断频偏补偿值不等于所述预设角度值时，相位累加器根据所述符号级数据长度、循环前缀长度参数、频偏及初相参数、刷新标识位，以及频偏补偿值进行累加计算得到相位累加值；

查表及波形生成器，用于根据所述相位累加值和预设映射表，输出对应的第一目标数值、第三目标数值和计算波形；所述查表及波形生成器根据预设数值与所述相位累加值进行比较，根据比较结果更新获取目标相位累加值；所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取高三位得到所述第一目标数值；所述查表及波形生成器对所述目标相位累加值提取低二十九位得到提取字段，根据所述第一目标数值和提取字段更新获取目标提取字段；所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取高七位得到第二目标数值，根据所述第二目标数值查询预设映射表得到对应的计算波形；所述查表及波形生成器对所述目标提取字段提取第十七到第二十二位得到所述第三目标数值；

近似校准器，用于根据所述计算波形、第一目标数值和第三目标数值进行计算输出频偏补偿后的波形数值；所述近似校准器根据所述计算波形和第三目标数值进行计算输出校准后的计算波形；所述近似校准器根据所述第一目标数值和校准后的计算波形，进行计算输出频偏补偿后的波形数值；

频偏校准器，用于根据所述波形数值和调度后数据进行复数乘法计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准；

若初相及频偏计算器判断频偏补偿值等于所述预设角度值时，角度矫正器，用于根据所述频偏补偿值和调度后数据计算得到频偏补偿输出数据完成频谱校准。

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