CN100562001C - 确定正交频分复用系统导频位置的方法、装置及解调设备 - Google Patents

Abstract

一种确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的方法，其中最短在一个符号周期内准确确定导频子载波的位置，不受时钟频率偏移的影响。该方法包括：根据单个理想OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取导频子载波的分量并组成理想导频序列；根据接收的OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取可能是导频信号的子载波的分量并组成假想导频序列；分别计算各个理想导频序列和假想导频序列中相邻元素之间的相关，得到理想相关序列和假想相关序列；计算各种可能性下理想相关序列和对应假想相关序列各个对应元素之间的共轭乘积得到乘积序列，并对每个乘积序列求和；选取其中模值最大者对应的导频子载波的位置作为所求位置。

Description

确定正交频分复用系统导频位置的方法、装置及解调设备

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)技术，更具体而言，涉及确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的方法、装置及其解调设备。

背景技术

正交频分复用技术调制因其信道利用率很高、有很好的抗衰落能力而被广泛应用于通信领域，如802.11、DAB、DVB、DSL等通信协议标准中。在使用OFDM技术的通信系统中，保证子载波之间的正交性是正确接收数据的关键因素之一，这需要精确的频率同步。并且为使接收机正确接收数据，需要进行信道估计，通常也可以利用导频信号进行计算，在此之前必须要完成帧同步。这些都需要确定接收的OFDM频域符号中导频子载波的位置。

OFDM系统将传送的数据信号、导频信号放在多个子载波信道上传输。其中，导频子载波的位置一般在时域和频域上呈周期性的规律分布，而导频信号也具有已知的特定幅度和相位，因此可以通过确定导频子载波的位置来完成频率同步以及帧同步。需要说明的是，在此之前必须要完成分数频偏的估计和纠正，使得OFDM频域符号中子载波之间的正交性得以保留，其实现方法在诸多文献中已有介绍，此处不再介绍。

现有技术中主要采用两种方法来确定OFDM频域符号中导频子载波的位置。其中一种方法是利用导频子载波在频域上的周期性分布以及导频子载波信号的能量比数据子载波信号的能量大的特点，在一个符号周期内分辨出导频子载波的位置。该方法的优点是所用时间短，缺点是导频子载波和数据子载波之间的能量差异不明显，在多径衰落严重及低信噪比情况下准确度会较差。另一种方法是利用导频子载波在时域和频域上的周期性规律分布，以及导频信号的相关性很强、数据信号相关性很弱的特点，通过计算相邻OFDM符号的导频信号之间的相关，分辨出导频子载波的位置，例如，中国申请号为“200410092778.6”、发明名称为“一种正交频分复用整数频率同步的方法”的专利就提出了一种这样的实现方案。尽管该方法的分辨性能很高，但是该方法需要至少两个OFDM符号周期，且对时钟频率偏移造成的误差较敏感，这是因为发射机和接收机的时钟频率之间不可避免的存在差别，而时钟频率的偏移会在不同频率上引入不同的相位旋转，从而减弱相干叠加的效果，甚至在特定的时钟频率偏移下会产生相干抵消的作用，而导致判断错误。

因此，需要提供一种既可以在短时间内(最短在一个符号周期内)确定OFDM频域符号中导频子载波的位置，又不受时钟频率偏移的影响的方法及其装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种能够在短时间内确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的方法及其装置，其中最短可以在一个符号周期内准确确定导频子载波的位置，且不受时钟频率偏移的影响，从而大大缩短了确定位置所需的时间，还大大提高了准确度。

根据本发明的第一方面，提供一种确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的方法，其中分数频偏已经补偿，所述方法包括下述步骤：(1)根据单个理想OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取导频子载波的分量并组成理想导频序列；(2)根据单个接收的OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取可能是导频子载波的分量并组成假想导频序列；(3)分别计算各个所述理想导频序列和所述假想导频序列中相邻元素之间的相关，得到相应的理想相关序列和假想相关序列；(4)将所述理想相关序列与所述假想相关序列相对应，计算相对应的相关序列之间的各个对应元素之间的共轭乘积得到乘积序列；(5)对每个所述乘积序列求和；(6)选取所述和中模值最大者所对应的导频子载波的位置作为所求位置。

根据本发明的第二方面，提供一种确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的装置，其中分数频偏已经补偿，所述装置包括：子载波提取器，用于根据理想OFDM符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取导频子载波的分量并组成理想导频序列，以及用于根据接收的OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取可能是导频子载波的分量并组成假想导频序列；相关器，用于分别计算各个所述理想导频序列和假想导频序列中相邻元素之间的相关，得到理想相关序列和假想相关序列；分组相关累加器，用于计算各种可能性下理想相关序列和对应假想相关序列中各个对应元素之间的共轭乘积得到乘积序列，并对每个所述乘积序列求和；以及比较器，用于比较各个所述和，并选取所述和中模值最大者所对应的导频子载波的位置作为所求位置。

根据本发明的第三方面，提供一种解调设备，包括如第二方面所述的确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的装置。

利用本发明，可以在短时间内确定OFDM频域符号中导频子载波的位置，其中最短可以在一个符号周期内准确确定导频子载波的位置，且不受时钟频率偏移的影响，从而大大缩短了确定位置所需的时间，还大大提高了准确度。

附图说明

现在将借助于优选实施方案并且参照附图对本发明进行更为详细地描述，其中：

图1是导频子载波在OFDM频域符号中的分布示意图；

图2是根据本发明的优选实施方案的确定导频子载波位置的方法的流程图；

图3是根据本发明的优选实施方案的确定导频子载波位置的装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方案对本发明作进一步详细的说明。

根据本发明首先要在OFDM符号中引入等间隔的导频，并且连续的OFDM符号中的导频序列的排列有确定的周期性规律。例如，在相同OFDM符号中每间隔N个子载波设置一个导频，并将相邻OFDM符号中的导频序列设置为等距错位，使得导频序列的排列在M个OFDM符号中形成一个周期。例如，根据本发明的实施方案，N为12，M为4，其OFDM符号的导频分布示意图如图1所示，其中横轴为频率序，纵轴为时间序，可见导频子载波在时域和频域上呈周期性排列，频域的间隔周期为12，时域上的分布周期为4。

基于上述设置，并假设接收的OFDM符号s1中的分数频偏已经补偿，整数频偏未确定，那么如图2和图3所示，根据本发明的一个实施方案，本发明的具体实现步骤如下：

1)子载波提取201。根据理想OFDM符号s_ref中频域间隔周期为N＝12的导频子载波在频域上有M＝4种可能分布，利用子载波提取器301提取并组成M个理想导频序列P_m，m＝1～M，每个理想导频序列长度为L；

2)子载波提取202。假设整数频偏的范围是k1到k2，则接收的OFDM频域符号s1中导频子载的波分布有K种可能性，K＝|k2-k1+1|，利用子载波提取器302提取可能是导频信号的子载波分量并组成K个假想导频序列R_k，k＝1～K，每个假想导频序列长度为L；

3)相邻元素相关203。利用相关器303和304分别计算各个理想导频序列P_m和假想导频序列R_k中相邻元素之间的相关，得到M个理想相关序列CP_m和K个假想相关序列CR_k，各个序列长度为L-1；

4)分组相关累加204。利用分组相关累加器305分别计算

$V_{m,k}=\mathrm{sum}({\mathrm{CR}}_k\·{{\mathrm{CP}}_m}^{*}),\∀(m,k),$ 在该实施方案中，对K个假想导频序列中的任意一个都可能对应M种理想导频序列中的任意一个，共C种可能性，此例中C＝MK；

5)比较205。利用比较器306选取C个V_m，k中模值最大者所对应的导频子载波的位置为所求位置。

为得到更好的效果，可以根据导频子载波的分布规律在超过一个的OFDM符号内分别进行上述步骤1)至4)，并将对应于同一可能性的结果相加后再进行步骤5)。

另外，假设导频子载波的分布特性如图1所示，接收的OFDM符号s1中分数频偏已经补偿，整数频偏已确定，那么根据本发明的第二个实施方案，本发明的具体实现步骤如下：

1)子载波提取201。根据理想OFDM符号s_ref中频域间隔周期为N＝12的导频子载波在频域上有M＝4种可能分布，利用子载波提取器301提取并组成M个的理想导频序列P_m，m＝1～M，每个理想导频序列长度为L；

2)子载波提取202。接收的OFDM频域符号s1中导频子载波分布的K种可能性，K＝4，使用子载波提取器302提取可能是导频信号的子载波分量并组成K个假想导频序列R_k，k＝1～K，每个假想导频序列长度为L；

3)相邻元素相关203。利用相关器303和304分别计算各个理想导频序列P_m和假想导频序列R_k中相邻元素之间的相关，得到M个理想相关序列CP_m和K个假想相关序列CR_k，各个序列长度为L-1；

4)分组相关累加204。利用分组相关累加器305分别计算

$V_{m,k}=\mathrm{sum}({\mathrm{CR}}_k\·{{\mathrm{CP}}_m}^{*}),\∀(m=k);$ 在该实施方案中，对K个假想导频序列中的任意一个都只可能对应M种理想导频序列中的一个，共C种可能性，此例中C＝M；

5)比较205。利用比较器306选取M个V_m，k中模值最大者对应的导频子载波的位置作为所求位置。

其中子载波提取器301和302包括存储单元，用于存储提取的导频序列；分组相关累加器305包括乘法器和加法器。

类似地，为得到更好的效果，可以根据导频子载波的分布规律在超过一个的OFDM符号内分别进行上述步骤1)至4)，并将对应于同一可能性的结果相加后再进行步骤5)。

在上述两个实施方案中，可以根据导频子载波的分布规律在超过一个的OFDM符号内分别进行步骤1)至4)后，将对应于同一可能性的结果相加后再进行步骤5)。在此，通过举例的方式对此作进一步地说明。例如，根据本发明的第一个实施方案，M＝4，假设整数频偏的搜索范围为k1＝-2，k2＝2，则K＝5，在一个OFDM符号内进行步骤1)至4)后，得到20种可能的导频子载波的位置的结果V′_m，k，其中V′_1,1对应的可能性为该OFDM符号导频子载波排列如图1中第一排，整数频偏为-2。在下一个OFDM符号内进行步骤1)至4)后，同样可以得到20种可能的导频子载波的位置的结果V″_m，k，其中V″_1，1与V′_1，1对应同一种可能性是指V″_1，1对应该OFDM符号导频子载波排列如图1中第二排，整数频偏为-2。将对应同一的可能性的结果相加后再进行步骤5)是指V_m，k＝V′_m，k+V″_m，k然后再进行步骤5)。虽然在此仅举出了根据本发明的第一个实施方案的两个OFDM符号的情况，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，对于本发明的第二个实施方案或者更多个OFDM符号的情况同样适用。

本发明利用同一符号内导频子载波信号之间的相关性确定导频子载波的位置，这种方法不受时钟频率偏移的影响，从而大大缩短了确定位置所需的时间，还大大提高了准确度。

本发明适用于使用OFDM技术的解调设备，用来确定OFDM频域符号中导频子载波的位置。

尽管已经在附图中说明并且在前述详细的说明书中描述了包含本发明的方法及其装置的优选实施例，然而本领域的普通技术人员应当理解到本发明并不限于所公开的实施例，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改、置换和组合。

Claims (7)

1.一种确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的方法，其中在所述OFDM频域符号中引入等间隔的导频，并且连续的OFDM频域符号中的导频序列的排列有确定的周期性规律，分数频偏已经补偿，所述方法包括下述步骤：

(1)根据单个理想OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取导频子载波的分量并组成理想导频序列；

(2)根据单个接收的OFDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取可能是导频子载波的分量并组成假想导频序列；

(3)分别计算各个所述理想导频序列和所述假想导频序列中相邻元素之间的相关，得到相应的理想相关序列和假想相关序列；

(4)将所述理想相关序列与所述假想相关序列相对应，计算相对应的相关序列之间的各个对应元素之间的共轭乘积得到乘积序列；

(5)对每个所述乘积序列求和；

(6)选取所述和中模值最大者所对应的导频子载波的位置作为所求位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(6)中所述和是，在多于一个OFDM频域符号中的每一个OFDM频域符号内分别执行所述步骤(1)至步骤(5)后得到的和的结果后，将对应于同一可能性的结果相加后得到的和。

3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(4)中将所述理想相关序列与所述假想相关序列相对应是理想相关序列中的任意一个序列与所述假想相关序列中可能存在对应关系的任意一个序列相对应。

4.一种确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的装置，其中在所述OFDM频域符号中引入等间隔的导频，并且连续的OFDM频域符号中的导频序列的排列有确定的周期性规律，分数频偏已经补偿，所述装置包括：

子载波提取器，用于根据理想OFDM符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取导频子载波的分量并组成理想导频序列，以及用于根据接收的0FDM频域符号中导频子载波在频域上的可能分布，提取可能是导频子载波的分量并组成假想导频序列；

相关器，用于分别计算各个所述理想导频序列和假想导频序列中相邻元素之间的相关，得到理想相关序列和假想相关序列；

分组相关累加器，用于计算各种可能性下理想相关序列和对应假想相关序列中各个对应元素之间的共轭乘积得到乘积序列，并对每个所述乘积序列求和；以及

比较器，用于比较各个所述和，并选取所述和中模值最大者所对应的导频子载波的位置作为所求位置。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述子载波提取器还包括用于存储提取的导频序列的存储单元。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述分组相关累加器包括乘法器和加法器。

7.一种解调设备，包括如权利要求4-6中任一项所述的确定OFDM频域符号中导频子载波的位置的装置。

Images