CN101212440B - 一种载波频率偏移的估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载波频率偏移的估计方法及装置，用以解决现有技术中正交频分复用系统的载波频率偏移的估计精度低的问题。本发明方法，预先设置频率偏移估计范围的第一门限值，该方法包括步骤：A.利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；B.当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；C.对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。本发明用于估计正交频分复用系统的载波频率偏移，提高了估计精度。

Description

一种载波频率偏移的估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种载波频率偏移的估计方法及装置。

背景技术

正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)能有效地消除符号间干扰，OFDM技术将高速的数据流调制为频谱交叠的多个并行低速数据流发送，由于OFDM符号周期显著增长，因此提高了OFDM符号抗多径时延的能力。通过在OFDM符号的前端增加大于最大多径时延的保护间隔(GI，Guard Interval)，则可以完全消除由多径时延引起的符号间干扰(ISI，Inter-Symbol Interference)，因此大大简化了接收端的均衡。另外，OFDM技术由于使用了正交重叠的频谱，相比于加保护带的多载波(MC，Multi-carrier)系统，频谱效率大为提高，由于可以采用快速算法来实现OFDM调制，因此其硬件实现简单易行。但是，OFDM系统的另一个特性是对频率偏移非常敏感，OFDM系统存在多个正交子载波，载波频率的偏移会导致子载波相互覆盖而破坏其正交性，导致子信道之间产生干扰，因此OFDM系统为保证载波间的正交性，对频率同步提出了严格要求。

OFDM系统的同步技术包括时间同步和频率同步，其中时间同步包括符号同步和帧同步，在OFDM系统中，数据是以帧为单位传输的，确定每一帧的起始位置可通过序列相关、差分相关或能量窗的方法实现，频率同步则可通过每一帧中的导频序列或利用循环前缀来完成。

目前，普遍运用的频率偏移估计方法主要有两类，其中一类是利用导频符号进行频率偏移估计，通常是在时域上发送两个相同的OFDM块，这两个OFDM块可以是连续发送的，也可以是间隔发送的，利用这两个OFDM块之间的相关性进行频率偏移估计，此类方法的估计范围和估计精度与这两个OFDM块的长度以及在时域上的间隔有关，若要增加估计范围需要牺牲同步精度为代价，同样若要提高估计精度就需要牺牲估计范围；另外一类方法属于盲估计，主要是利用OFDM符号的循环前缀与OFDM符号后一部分相同的特性的相关运算进行频率偏移估计，这类方法虽然节省了导频符号的开销，但是受到循环前缀长度较短的影响，频率偏移估计的精度较低，若要提高估计精度需要对OFDM符号进行很长时间的统计，在实际系统中的应用受到较大限制。

综上，现有技术正交频分复用系统的载波频率偏移的估计精度低。

发明内容

本发明提供一种载波频率偏移的估计方法及装置，用以解决现有技术中正交频分复用系统的载波频率偏移的估计精度低的问题。

本发明方法包括以下步骤：

A.利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

B.当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于预先设置的频率偏移估计范围的第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；

C.对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

所述预先设置频率偏移估计范围的第一门限值的步骤包括：

A01、通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

A02、根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

A03、对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值。

所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一个所述第一类导频符号。

该方法还包括预先设置频率偏移估计范围的第二门限值的步骤，

则步骤B之后还包括：

B1、当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值，其中，所述第一类导频符号，是指前半部分和后半部分的时域波形相同的导频符号；所述第二类导频符号，包括一对相同的子导频符号；

则步骤C包括：

对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

所述预先设置频率偏移估计范围的第二门限值的步骤包括：

A11、通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

A12、根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

A13、对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值。

所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一对相同的子导频符号。

步骤C包括：

C1、通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

C2、通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

本发明装置包括：

相对频率偏移估计单元，用于利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于预先设置的频率偏移估计范围的第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；

载波频率偏移估计单元，用于对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

所述相对频率偏移估计单元包括：

第一门限值单元，用于预先存储频率偏移估计范围的第一门限值；

第一相对频率偏移估计单元，用于利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

第二相对频率偏移估计单元，用于当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值。

所述第一门限值单元包括：

第一估计范围单元，用于通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

第一理论值单元，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

第一仿真修正单元，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值。

所述相对频率偏移估计单元还包括：

第二门限值单元，用于预先存储频率偏移估计范围的第二门限值；

第三相对频率偏移估计单元，用于当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值，其中，所述第一类导频符号，是指前半部分和后半部分的时域波形相同的导频符号；所述第二类导频符号，包括一对相同的子导频符号；

则所述载波频率偏移估计单元，用于对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

所述第二门限值单元包括：

第二估计范围单元，用于通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

第二理论值单元，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

第二仿真修正单元，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值。

所述载波频率偏移估计单元包括：

加权系数单元，用于通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

加权平均单元，用于通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

本发明通过预先设置频率偏移估计范围的第一门限值，利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值，对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值的技术方案，使得正交频分复用系统可以根据不同的导频符号估计的频率偏移的范围和精度不同的性质，可以自适应地调整频率偏移估计的方法，提高了频率偏移的估计精度。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明方法实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例中时频二维导频插入结构示意图；

图4为本发明装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想为：预先设置频率偏移估计范围的第一门限值，利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号数据部分的对应部分进行相关运算，获得第二相对频率偏移估计值，对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值，使得正交频分复用系统可以根据不同的导频符号估计的频率偏移的范围和精度不同的性质，可以自适应地调整频率偏移估计的方法，提高了频率偏移的估计精度；

所述预先设置频率偏移估计范围的第一门限值的步骤包括：

通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值；

所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一个所述第一类导频符号。

参见图1，本发明方法包括步骤：

S101、利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

本发明方法预先设置了频率偏移估计范围的第一门限值；

所述预先设置频率偏移估计范围的第一门限值的步骤包括：

通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值；

其中，所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一个所述第一类导频符号；

较佳地，该方法还包括预先设置频率偏移估计范围的第二门限值的步骤，包括：

通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值；

其中，所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一对相同的子导频符号；

S102、当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；

较佳地，当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值；

S103、对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值；

较佳地，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值；

通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

参见图2，本发明方法实施例，提出一种用于OFDM系统的载波频率偏移估计方法，该方法适用于一种通用的OFDM传输块结构，在这种通用的传输块结构中包含两类导频符号：第一类导频符号，该导频符号的前半部分和后半部分的时域波形相同，此类导频符号在一个传输块当中至少包含一个；第二类导频符号，该第二类导频符号包括一对相同的子导频符号，此类子导频符号在一个传输块当中至少包含一对，本实施例所述频率偏移估计方法，根据不同的导频符号可以估计的频率偏移的范围和精度不同的性质，可以自适应地调整频率偏移估计的方法，那么，本发明方法实施例包括步骤：

S201、根据OFDM系统中的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

对于OFDM系统中的每个传输块，将每个传输块中的每个第一类导频符号的前半部分和后半部分进行相关运算，得到每个第一类导频符号的频率偏移估计值；

存在频率偏移的信号可表示为：

$\begin{array}{cc}y\left(n\right)=\hat{x}\left(n\right)\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}(n-1)f_d}{\mathrm{N\Δf}}\right)& n=\mathrm{0,1},...,N-1\end{array}$

其中，

是发射信号x(n)经过信道后的信号，f_d是频率偏移量，Δf是子载波间隔，N是子载波的个数；

根据定时结果对信号y(n)提取第一类导频符号，然后根据公式：

$r_1=\underset{n=A}{\overset{\frac{N}{2}+A-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+\frac{N}{2})=\underset{n=A}{\overset{\frac{N}{2}+A-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}\frac{N}{2}{f}_d}{\mathrm{N\Δf}}\right)=\exp \left(\mathrm{j\π}\frac{f_d}{\mathrm{\Δf}}\right)\underset{n=A}{\overset{\frac{N}{2}+A-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|$

将每个传输块中的每个第一类导频符号的前半部分和后半部分进行相关运算，式中A是作相关运算部分的起始位置，可由定时结果确定，在进行频率偏移估计之前需要进行时间同步，所述定时结果由时间同步处理获得，用于指明导频符号的时序位置；

相关运算输出结果r₁的幅角为：

${\mathrm{\&theta;}}_1={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Im}\left(r_1\right)}{\mathrm{Re}\left(r_1\right)}\right)=\left|\mathrm{\&pi;}\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right|<\mathrm{\&pi;}$

可以得到相对频率偏移估计值的绝对值：

$\left|{\mathrm{\&epsiv;}}_1\right|=\left|\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right|<1$

如果每个传输块中包含多个第一类导频符号，为了提高频率偏移估计值的精度，可以对OFDM系统中每个传输块内或传输块间的多个第一类导频符号的频率偏移估计值进行平均，获得第一相对频率偏移估计值ε₁；

所以，利用第一类导频符号可以估计的频率偏移范围为：

[-Δf，Δf]

S202、判断第一相对频率偏移估计值的绝对值是否大于第一门限值，如果是，则进行步骤S207，否则，进行步骤S203；

判断所述ε₁的绝对值|ε₁|是否大于第一门限值Th₁，若|ε₁|大于Th₁，则输出ε₁并进行步骤S207；若|ε₁|小于Th₁，则执行步骤S203；

S203、根据每个OFDM符号的循环前缀，获得第二相对频率偏移估计值；

利用每个OFDM符号的循环前缀(CP，Cyclic Prefix)和该OFDM符号数据部分的对应部分进行相关运算，得到每个OFDM符号的相对频率偏移值；

提取信号y(n)的每个OFDM符号的循环前缀部分和对应的数据部分，该OFDM符号数据部分的对应部分进行相关运算：

$r_2=\underset{n=A}{\overset{N_g+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N)=\underset{n=A}{\overset{N_g+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|\exp \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;}N{f}_d}{\mathrm{N\&Delta;f}}\right)=\exp \left(j2\mathrm{\&pi;}\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right)\underset{n=A}{\overset{N_g+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|$

式中N_g是循环前缀的长度；

相关运算结果r₂的幅角为：

${\mathrm{\&theta;}}_2={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Im}\left(r_2\right)}{\mathrm{Re}\left(r_2\right)}\right)=\left|2\mathrm{\&pi;}\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right|<\mathrm{\&pi;}$

可以得到相对频率偏移估计值的绝对值为：

$\left|{\mathrm{\&epsiv;}}_2\right|=\left|\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right|<\frac{1}{2}$

为了提高频率偏移估计值的精度，对OFDM系统中每个传输块内或传输块间的多个OFDM符号的频率偏移估计值进行平均，获得第二相对频率偏移估计值ε₂；

所以，利用循环前缀可以估计的频率偏移范围为：

$[-\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{2},\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{2}]$

此时可估计的频率偏移范围的上界应作为第一门限值Th₁的参考值，由于受到多普勒频移的影响频率偏移估计值会在一定范围内波动，因此Th₁的理论值应为：

${\mathrm{Th}}_1=\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{2}-f_{\mathrm{doppler}}$

其中，f_doppler为最大多普勒频移。为了保证本发明的估计性能，实际的第一门限值应该设置为通过仿真对理论值进行修正后得到的值；为了使本发明的估计性能在各种SNR的条件下都可以达到较好的性能，第一门限值应该设为较低SNR时通过仿真对理论值进行修正后得到的门限值，通过仿真可以得出本实施例中第一门限值设在0.3至0.35之间比较合适；

S204、判断第二相对频率偏移估计值的绝对值是否大于第二门限值，如果是，则进行步骤S208，否则，进行步骤S205；

判断ε₂的绝对值|ε₂|是否大于第二门限值Th₂，若|ε₂|大于Th₂，则输出ε₂并进行步骤S208；若|ε₂|小于Th₂，则进行步骤S205；

S205、根据所述OFDM系统中的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值；

对于OFDM系统中的每个传输块，将每个传输块中的第二类导频符号中相同的子导频逐对进行相关运算，得到每个第二类导频符号的相对频率偏移估计值；

提取信号y(n)的第二类导频符号，然后利用公式：

$r_2=\underset{n=A}{\overset{N+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+p(N+N_g))=\underset{n=A}{\overset{N+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|\exp \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;p}(N+N_g)f_d}{\mathrm{N\&Delta;f}}\right)$

$=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;p}(N+N_g)f_d}{\mathrm{N\&Delta;f}}\right)\underset{n=A}{\overset{N+A-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\hat{x}\left(n\right)\right|$

将每个传输块中的第二类导频符号中相同的子导频逐对进行相关运算，式中p为两个第二类导频符号中两个子导频间隔的OFDM符号数；

相关运算结果r₃的幅角为：

${\mathrm{\&theta;}}_3={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Im}\left(r_3\right)}{\mathrm{Re}\left(r_3\right)}\right)=\left|\frac{2\mathrm{\&pi;p}(N+N_g)f_d}{\mathrm{N\&Delta;f}}\right|<\mathrm{\&pi;}$

可以得到相对频率偏移估计值的绝对值为：

$\left|{\mathrm{\&epsiv;}}_3\right|=\left|\frac{f_d}{\mathrm{\&Delta;f}}\right|<\frac{N}{2p(N+N_g)}$

如果每个传输块中包含多个第二类导频符号，为了提高频率偏移估计值的精度，可对OFDM系统中每个传输块内或传输块间的多个第二类导频符号的频率偏移估计值进行平均，获得第三相对频率偏移估计值ε₃；

所以，利用第二类导频符号可以估计的频率偏移范围为：

$[-\frac{\mathrm{N\&Delta;f}}{2p(N+N_g)},\frac{\mathrm{N\&Delta;f}}{2p(N+N_g)}]$

第二门限值Th₂的设置方法与Th₁的设置方法基本类似，Th₂的理论值应为：

${\mathrm{Th}}_2=\frac{\mathrm{N\&Delta;f}}{2p(N+N_g)}-f_{\mathrm{doppler}}$

其中，f_doppler为最大多普勒频移，通过仿真对理论值进行修正，可以得到第二门限值Th₂的经验值设在0.03至0.04之间比较合适；

S206、将所述第一相对频率偏移估计值、所述第二相对频率偏移估计值和所述第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述OFDM系统的载波频率偏移估计值；

即，若|ε₁|＜Th₁且|ε₂|＜Th₂，则将ε₁，ε₂和ε₃进行加权平均，计算频率偏移估计值；

S207、将所述第一相对频率偏移估计值作为所述OFDM系统的载波频率偏移估计值；

即，若|ε₁|＞Th₁，则利用ε₁计算频率偏移估计值；

S208、将所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述OFDM系统的载波频率偏移估计值；

即，若|ε₁|＜Th₁且|ε₂|＞Th₂，则将ε₁和ε₂进行加权平均，计算频率偏移估计值；

综上，若|ε₁|＞Th₁，则利用ε₁计算载波频率偏移估计值为：

f_d＝ε₁·Δf

若|ε₁|＜Th₁且|ε₂|＞Th₂，则利用ε₁和ε₂，并采用公式：

ε＝α₁ε₁+α₂ε₂

进行加权平均的结果，计算载波频率偏移估计值为：

f_d＝ε·Δf

其中，α₁和α₂分别为ε₁和ε₂的加权系数，通过仿真可以获得所述加权系数，例如：α₁＝0，α₂＝1；

若|ε₁|＜Th₁且|ε₂|＜Th₂，则利用ε₁、ε₂和ε₃，并采用公式：

ε＝α₁ε₁+α₂ε₂+α₃ε₃

进行加权平均的结果，计算载波频率偏移估计值为：

f_d＝ε·Δf

其中，α₁、α₂和α₃分别为ε₁、ε₂和ε₃的加权系数，同样，通过仿真也可以获得所述加权系数，例如：α₁＝0，α₂＝0，α₃＝1；

如图3所示，为本实施例中时频二维导频插入结构示意图，所述第一类导频符号可以采用导频数据间隔映射到子载波的结构，所述第二类导频符号既可以用作频率同步，也可以用作信道估计，所以采用导频符号与若干个OFDM符号时分间隔放置的结构；其中，所述第一类导频符号的导频数据间隔插放在各个子载波上；所述第二类导频符号可采用多种插放方式，只需保证子导频符号成对相同即可，如长期演进的时分双工模式(LTE-TDD，Long TermEvolution-Time Division Duplex)系统中，每个子帧都符合本发明所述通用的传输块结构，其中，下行导频时隙(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)可以设计为第一类导频符号，时隙0(TS0，Time Slot 0)中包含九个OFDM符号，可以选取其中两个OFDM符号作为一对子导频符号，在LTE-TDD系统中即可采用本发明方法进行频率偏移估计。

参见图4，本发明装置实施例包括：相对频率偏移估计单元41和载波频率偏移估计单元42；

所述相对频率偏移估计单元41包括：第一门限值单元411、第二门限值单元412、第一相对频率偏移估计单元413、第二相对频率偏移估计单元414和第三相对频率偏移估计单元415；

所述第一门限值单元411包括：第一估计范围单元4111、第一理论值单元4112和第一仿真修正单元4113；

所述第二门限值单元412包括：第二估计范围单元4121、第二理论值单元4122和第二仿真修正单元4123；

所述载波频率偏移估计单元42包括：加权系数单元421和加权平均单元422；

所述相对频率偏移估计单元41，利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；

所述载波频率偏移估计单元42，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得并输出所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值；

其中，所述第一门限值单元411，用于预先存储频率偏移估计范围的第一门限值；

所述第一估计范围单元4111，用于通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

所述第一理论值单元4112，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

所述第一仿真修正单元4113，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值；

所述第二门限值单元412，用于预先存储频率偏移估计范围的第二门限值；

所述第二估计范围单元4121，用于通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

所述第二理论值单元4122，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

所述第二仿真修正单元4123，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值；

所述第一相对频率偏移估计单元413，用于利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

所述第二相对频率偏移估计单元414，用于当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号数据部分的对应部分进行相关运算，获得第二相对频率偏移估计值；

所述第三相对频率偏移估计单元415，用于当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值；

所述加权系数单元421，用于通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

所述加权平均单元422，用于通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种载波频率偏移的估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，所述第一类导频符号，是指前半部分和后半部分的时域波形相同的导频符号；

B.当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于预先设置的频率偏移估计范围的第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；

C.对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置频率偏移估计范围的第一门限值的步骤包括：

A01、通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

A02、根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

A03、对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一个所述第一类导频符号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括预先设置频率偏移估计范围的第二门限值的步骤，

则步骤B之后还包括：

B1、当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值，其中，所述第二类导频符号，包括一对相同的子导频符号；

则步骤C包括：

对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预先设置频率偏移估计范围的第二门限值的步骤包括：

A11、通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

A12、根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

A13、对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述正交频分复用系统的每个传输块中至少包含一对相同的子导频符号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤C包括：

C1、通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

C2、通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

8.一种载波频率偏移的估计装置，其特征在于，该装置包括：

相对频率偏移估计单元，用于利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值，当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于预先设置的频率偏移估计范围的第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值；所述第一类导频符号，是指前半部分和后半部分的时域波形相同的导频符号；

载波频率偏移估计单元，用于对所述第一相对频率偏移估计值和所述第二相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相对频率偏移估计单元包括：

第一门限值单元，用于预先存储频率偏移估计范围的第一门限值；

第一相对频率偏移估计单元，用于利用正交频分复用系统的第一类导频符号，获得第一相对频率偏移估计值；

第二相对频率偏移估计单元，用于当所述第一相对频率偏移估计值的绝对值小于第一门限值时，通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀和该正交频分复用系统符号，获得第二相对频率偏移估计值。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一门限值单元包括：

第一估计范围单元，用于通过每个正交频分复用系统符号的循环前缀，获得相对频率偏移估计范围；

第一理论值单元，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

第一仿真修正单元，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第一门限值。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述相对频率偏移估计单元还包括：

第二门限值单元，用于预先存储频率偏移估计范围的第二门限值；

第三相对频率偏移估计单元，用于当所述第二相对频率偏移估计值的绝对值小于所述第二门限值时，利用所述正交频分复用系统的第二类导频符号，获得第三相对频率偏移估计值，其中，所述第二类导频符号，包括一对相同的子导频符号；

则所述载波频率偏移估计单元，用于对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二门限值单元包括：

第二估计范围单元，用于通过正交频分复用系统的第二类导频符号，获得相对频率偏移估计范围；

第二理论值单元，用于根据所述相对频率偏移估计范围的上界和最大多普勒频率偏移，获得频率偏移估计范围的门限值的理论值；

第二仿真修正单元，用于对所述频率偏移估计范围的门限值的理论值进行仿真修正，获得所述频率偏移估计范围的第二门限值。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述载波频率偏移估计单元包括：

加权系数单元，用于通过仿真分别确定所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值的加权系数；

加权平均单元，用于通过所述加权系数，对所述第一相对频率偏移估计值、第二相对频率偏移估计值和第三相对频率偏移估计值进行加权平均，获得所述正交频分复用系统的载波频率偏移估计值。

Images