CN101304399B - 一种多频偏载波同步及信道估计的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法和设备，包括：接收机在对接收信号进行符号同步补偿之后，对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化，并将接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息；根据所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。本发明能够准确高效地估计出多天线多载波系统中的多频偏及对应的信道冲激响应。

Description

一种多频偏载波同步及信道估计的方法及设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种适用于多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，多载波技术，尤其是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM)技术，以其高频谱利用率、有效对抗多径等特点被引入到无线局域网和无线城域网的标准中，并在第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project，简称3GPP)启动的长期演进(Long TermEvolution，简称LTE)研究中，OFDM已经被采纳为下行的多址方式。于此同时，为提高频谱利用率和通信系统吞吐量，多输入多输出(Multi-input Multi-output，简称MIMO)也被视为未来移动通信所必须采用的技术之一，在以上所提到的标准中也均被采纳。而为了提高小区覆盖，减少传输功率，降低天线阵元间的相关干扰，分布式MIMO(Distributed MIMO)，虚拟MIMO(Virtual MIMO)以及协同式传输等广义MIMO技术也已在诸如IEEE 802.16j等标准中得到广泛应用。

基于MIMO的多载波系统的同步过程包括符号同步和载波同步。其中载波同步主要是为了补偿由于收发机晶振误差或多普勒频偏引起的载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，简称CFO)，避免其所引发的邻载波间干扰(Inter Carrier Inference，简称ICI)。在传统集中式MIMO系统中，由于各发送天线连接同一振荡器，且进行基本一致的移动，故假设收发机各天线间的CFO相同是合理的。但是在分布式MIMO(Distributed MIMO)，虚拟MIMO(Virtual MIMO)以及协同式传输等广义MIMO系统中，可能的收发机各天线间晶振及多普勒频移的不同都会造成不同收发天线间具有不同的频率偏移，本文中频率偏移简称“频偏”。由于多载波系统本身对频偏极为敏感，而受到不同载波频偏影响的信号叠加就更会对多载波系统，尤其是正交多载波系统的正交性及系统性能带来恶劣的影响。这就要求接收机可以对如上所述的多频偏做出准确的估计和补偿。此外，由于多频偏的存在，所传送用于信道估计的导频序列也会受到其影响。因此，如何对导频序列进行合适的处理以正确地估计信道状态信息(Channel State Information，简称CSI)是MIMO系统需要解决的关键问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法和设备，能够在各发送天线同接收天线间频率偏移不同的情况下，准确估计出各天线对间的频率偏移及信道状态信息。

基于上述目的本发明提供的多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法，包括：

接收机在对接收信号进行符号同步补偿之后，对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化，并将接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；

估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息；

根据所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

较佳的，该方法发送端在各天线上发送的同步符号应满足：各天线上频域循环相移且无零值点，时域重复。

较佳的，该方法所述构造各发送天线所需同步符号的操作包括：

在各天线分别构造两段重复的，天线间具有循环相移的同步序列，同步序列长度为同步符号长度的一半；在每根天线上对两个同步序列分别进行快速傅立叶逆变换，并在时域将逆变换后的同步序列组合成时域同步符号。

较佳的，该方法所述各天线上循环相移的间隔取为等间隔或不等间隔，并且须大于信道最大多径时延。

较佳的，该方法所述接收机在对接收信号进行符号同步补偿之后，对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化的过程还包括：

当系统为多跳系统，且前一跳源节点向目标节点发送导频信息，使用前一跳估计的频率偏移值为本跳的初始化频率偏移值；

当系统不是多跳系统时，通过对接收导频符号的前后部分进行相关，并取幅角得到。

较佳的，该方法所述估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，和估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息采用迭代方式；在每次迭代中，通过消除已估计频率偏移值对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值。

较佳的，该方法所述估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息的操作包括：

a.将经过频偏补偿的所述的其中一根天线的时域信道状态信息和未经频偏补偿的另一根天线的时域信道状态信息分离开来；

b.找到相对于所述其中一个天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置，将该位置上的时域信号提取出来作为所述其中一个天线的时域信道状态信息估计值，并将其置零，将其余部分进行下一步操作；

c.将剩余信号重复以上操作，直到只剩下一根天线上的频偏信息未被补偿为止；

d.对剩下的一根天线的信号执行步骤a的相反操作得到该天线的准确频率偏移值；

e.将该天线的准确频率偏移值作为初始化频偏带入以上步骤，从而迭代得出各天线的信道状态信息及频率偏移值。

较佳的，该方法所述步骤a包括：将补偿过初始化频偏的接收导频符号的前后部分分别进行傅立叶变换，点乘第一根天线的发送频域同步序列，傅立叶逆变换；

所述步骤e包括：将该剩下的一根天线的信号进行傅立叶变换，除以相应发送天线的频域同步符号，反傅立叶变换，将处理的数据对前后部分进行相关后取幅角并加上之前补偿了的其它天线的频偏初始值。

较佳的，该方法步骤b所述找到相对于所述其中一个天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置的过程包括：

将所有当前最强径的集合作为每对发送天线、接收天线间经历信道的有效径，其位置为信道多径时延；

或者判断当前最强径的能量或绝对幅度最大值是否大于设定的门限值，如果大于设定门限值则判为有效径，否则判为非有效径；

或者根据噪底设定门限值。

较佳的，该方法所述所有当前最强径的集合为每对发送天线、接收天线间经历信道的有效径，其位置为信道多径时延。

较佳的，该方法应用于多发单收、多发多收或者协作式中继通信系统。

较佳的，该方法适用的多天线系统包括：

分布式MIMO系统、虚拟MIMO系统、协作式中继系统、其它各发送天线发送信号同接收天线具有不同频率偏移的情况。

基于上述目的本发明还提供了一种多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的设备，包括：

同步补偿模块，用于对接收信号进行符号同步补偿；

频偏初始化模块，用于对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化；

频偏补偿模块，用于对接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；

信道状态信息估计模块，用于估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息；

频偏补偿和信道均衡模块，用于根据所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

较佳的，该设备所述信道状态信息估计模块在执行估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，和估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息操作中采用迭代方式；在每次迭代中，通过消除已估计频率偏移值对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值。

较佳的，该设备所述信道状态信息估计模块在估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息的操作包括：

a.将经过频偏补偿的所述的其中一根天线的时域信道状态信息和未经频偏补偿的另一根天线的时域信道状态信息分离开来；

b.找到相对于所述其中一个天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置，将该位置上的时域信号提取出来作为所述其中一个天线的时域信道状态信息估计值，并将其置零，将其余部分进行下一步操作；

c.将剩余信号重复以上操作，直到只剩下一根天线上的频偏信息未被补偿为止；

d.对剩下的一根天线的信号执行步骤a的相反操作得到该天线的准确频率偏移值；

e.将该天线的准确频率偏移值作为初始化频偏带入以上步骤，从而迭代得出各天线的信道状态信息及频率偏移值。

从上面所述可以看出，本发明提出一种用于多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法和设备能够准确高效地估计出多天线多载波系统中的多频偏及对应的信道冲激响应。

附图说明

图1为本发明在所述系统中的位置及发送端和接收端的整体流程示意图；

图2为本发明用于多发送天线多载波系统的频偏同步方法的一实施例的接收端流程示意图；

图3为图2实施例所需发送端同步符号设计示意图；

图4为图2实施例所需接收端频偏及信道状态信息估计设计示意图；

图5为本发明用于多发送天线多载波系统的频偏同步设备的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明多频偏载波同步及信道估计的方法包括：

接收机首先对接收信号进行符号同步，获得快速傅立叶变换的起始位置估计，根据所述同步符号起始位置估计，在不同的系统中，依据精度要求的不同，通过所述方法，初始化其中一根天线的频率偏移值；

通过所述方法，将该初始化频偏值带入迭代过程，在每次迭代中，通过消除已估计频偏对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移，并在处理的同时估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息。

根据所述频率偏移和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

进一步的，构造各发送天线所需同步符号的操作可以具体为：

各天线频域同步符号由两段重复的同步序列构成，各天线的同步序列具有循环相移，同步序列长度为同步符号长度的一半。在每根天线上对两个同步序列分别进行快速傅立叶逆变换，并在时域将逆变换后的同步序列组合成时域同步符号。

进一步的，接收机在获得快速傅立叶变换的起始估计位置之后，所述频率偏移值估计的操作可以具体包括：

估计或通过已有信息获得初始化频偏值。其中，在多跳协作式通信系统中，可通过前一跳信息估计源节点天线同接收天线之间的频偏值。在其它广义MIMO系统中，可通过将所述定时补偿后的同步符号的前半部和后半部进行共轭相乘，获取共轭相乘的结果的幅角部分，将所述幅角部分换算成初始化频偏估计值。

根据所述初始化频偏对接收导频信号进行补偿，并通过所述方法滤除相对于该发送天线的接收数据(已补偿部分频偏)。

根据上述方法，对相对于其它发送天线的接收信号作类似处理，使接收信号仅剩余相对于最后一根发送天线(天线M)的数据(未做频率偏移补偿)。

通过所述方法，估计天线N同接收天线间的频率偏移，并分别对不同发送天线所述数据部分进行定时补偿和频偏补偿。

进一步的，在对接收导频信号进行初始化频偏补偿，滤除相对于该发送天线的接收数据(已补偿部分频偏)并对其进行信道估计的方法，可以具体包括：

第一步，该信号通过傅立叶变换转换到频域，并将频域信号同已知的相对于该天线的导频频域信号相乘后通过反傅立叶变化转换到时域，抽取相对于进行补偿的天线的有效径，其余位置置零，将其用于相对于第1根天线的信道估计。并将相对于进行补偿的天线的有效径之外位置的时域信号抽取，用于频偏估计。以上步骤应当进行M-1次，每次步骤被称作为第m次删除，从而得出仅剩于未做频率偏移补偿的相对于第M根天线的接收导频数据。

第二步，可通过对上述导频数据平分为前部和后部，并对所述前部和后部进行共轭相乘，获取共轭相乘的结果的幅角部分，将所述幅角部分换算成初始化频偏估计值对应为第M根天线的频率偏移估计值。

第三步，可将该估计出的对应于第M根天线的频率偏移估计值作为修正后的初始化频偏值带入接收信号，重复以上步骤，得到相对于第M根天线信道估计和相对于第M-1根天线的频率偏移估计值。

第四步，相似的，迭代进行以上操作，可得到对应于所有发送天线的信道估计值和频率偏移估计值。

优选地，所述方法适用于多发单收、多发多收或者协作式中继通信系统。

优选地，所有当前最强径的集合即为每对发送天线、接收天线间经历信道的有效径，其位置为信道多径时延。

优选地，当前最强径的能量或绝对幅度最大值是否大于设定门限值，如果大于设定门限值则判为有效径，否则判为非有效径。

优选地，根据噪底设定门限值。

参见图1所示，示出了发送端和接收端进行数据发送和接收过程的整体流程示意图。发送端在发送数据过程中，需要经过发送数据、快速傅立叶逆变换(IFFT)、复用、成帧、信道、频偏等过程；接收端接收数据时，会经过解复用、多天线定时补偿、多天线频偏补偿、多天线信道均衡、接收数据等过程。本发明多天线频偏及信道联合估计可以设置在接收端的多天线频偏补偿和多天线信道均衡过程中执行。

下面结合图2、3和4对本发明较佳实施例进行详细说明。

图2所示为本发明用于多天线多载波系统的多频偏同步及信道估计的方法的一实施例的流程示意图。

同步过程主要在接收端完成，但在发送端需要在各发送天线发送适合的同步符号。

图3所示为发送端在各发送天线发送的同步符号设计流程：在各天线分别构造两段重复的同步序列S_Tx，m，天线间具有循环相移 $(S_{\mathrm{Tx},m}=S_{\mathrm{Tx}1}\·e^{-j\frac{2\mathrm{\π}\·k\·K_0(m-1)}{N_{\mathrm{SS}}}})$ 的同步序列S_Tx，m，同步序列长度N_SS为同步符号长度N的一半。在每根天线上对两个同步序列分别进行快速傅立叶逆变换IFFT，并在时域将逆变换后的同步序列组合成时域同步符号S_M、S_M。

为简单起见，以下实施例中假设发送端天线个数为2，但是具有普通通信技术背景的人员应该知道，该方法可应用于发送天线数大于2的情况，故该假设不应对该专利权利起到不当限制。

参见图2所示，接收端的同步流程具体包括：

步骤201，接收机接收到多发送天线发送的，经过不同信道衰落及频率偏移的信号的叠加信号，通过多天线符号同步估计出各天线的符号时间偏移并进行补偿，此时接收信号可以表示为：

$r\left(n\right)=e^{\frac{j2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Tx}1}n}{N}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_1\left(l\right)u(n-l)+e^{\frac{j2{\mathrm{\π\ϵ}}_{\mathrm{Tx}2}n}{N}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_2\left(l\right)u(n-l)+\mathrm{\ω}---\left(1\right)$

公式(1)中ε_Tx1，ε_Tx2表示不同发送天线对应的频率偏移值，h表示时域信道状态信息，L表示信道多径数，ω表示时域加性白高斯噪声，n表示抽样时刻、l表示多径标号；u表示发送时域导频。

步骤202，初始化天线1上的频率偏移值，针对不同的系统，该步骤有不同的方法，所示如下：

当该方法用于协作式中继通信中时，源节点在第一跳时会同时给中继节点及目标节点分别发送数据和导频，此时目标节点可以估计出第一跳时源节点与目标节点之间的频率偏移值。第二跳时，中继节点和源节点将同时向目标节点发送数据和导频，此时中继节点和源节点构成了一个虚拟MISO系统，而此时可以初始化源节点与目标节点之间的频率偏移值

为第一跳时目标节点所估计的值。

当该方法用于其它非多跳MIMO系统时，初始化频偏可以对任意发送天线进行操作，步骤如下：

$\mathrm{\β}=\underset{i=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}r\left(i\right)r^{*}(\frac{N}{2}+i)---\left(2\right)$

将β代入到得到天线1上的初始化频率偏移值：

${\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{Tx}1,\mathrm{ini}}=\frac{\∠\mathrm{\β}}{\mathrm{\π}}---\left(3\right)$

公式(2)中r(i)表示公式(1)所示的接收信号，N为OFDM符号长度。

步骤203，将接收信号使用天线1的初始化频偏进行补偿，即：

$r\′\left(n\right)=r\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{Tx}1,\mathrm{ini}}n}{N}}---\left(4\right)$

步骤204、205，估计天线1上的信道状态信息及天线2上的频率偏移值。

这两个步骤具体如图4所示，可以表示为以下子步骤：

步骤401，将天线1补偿过初始化频偏的接收导频符号r的前后部分r₁、r₂分别进行傅立叶变换FFT得到R₁、R₂；并经点乘天线1的发送频域同步序列Y₁R₁S_Tx1、Y₂R₂S_Tx1，傅立叶逆变换IFFT等操作后得到信号y₁、y₂，将经过频偏补偿的天线1的时域信道状态信息和未经频偏补偿的天线2的时域信道状态信息分离开来。

步骤402的目的是为了寻找相对于发送天线1的已经补偿初始化频偏的有效径位置d_i，有效径的选取方法如下：

优选地，根据将接收信号同发送导频相关，判断当前径的能量或绝对幅度最大值是否大于设定门限值，如果大于设定门限值则判为有效径，否则判为非有效径。

优选地，根据噪底设定门限值判别有效径。

步骤403，将相对于发送天线1的已经补偿初始化频偏的有效径同相对于发送天线2的未补偿频偏的部分分离开，可通过以下公式得到：

h_Tx1，1(d_i)＝y₁(d_i)，h_Tx1，2(d_i)＝y₂(d_i)

y₁(d_i)＝0，y₂(d_i)＝0                        (5)

步骤404，根据找到的相对于发送天线1的已经补偿初始化频偏的有效径，对发送天线1进行信道估计。这里h₁、h₂即为本次估计的天线1的时域信道状态信息。

步骤405，执行步骤401的相反操作，即对h1、h2傅立叶变换FFT等操作后得到Y1、Y2，再对Y1、Y2进行傅立叶变换FFT得到频域同步序列R1Y1/STx1、R2Y2/STx1，对R1Y1/STx1、R₂Y₂/S_Tx1逆傅立叶变换IFFT，从而得到仅含有第二根发送天线频偏值的接收同步序列r_1，new及r_2，new。

步骤406，通过执行如以下公式的操作，得到天线2的频率偏移CFO估计值

${\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{Tx}2}=\frac{{\∠\mathrm{\β}}_{\mathrm{Tx}2}}{2\mathrm{\π}}+{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{Tx}1}$

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{Tx}2}=\underset{n=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{new}}(n+N/2)\·r_{\mathrm{new}}^{*}\left(n\right)---\left(6\right)$

步骤206、207，反馈估计天线2上的信道状态信息，将天线2的频率偏移估计值

当作初始化频偏并重复步骤204、205操作，得到相对于发送天线2的信道状态信息及相对于发送天线1的更新的频率偏移估计值

步骤208是为了得到更高精度的频率偏移值时进行的操作。该步骤按照预设的迭代次数重复204～207步骤，得到更为精确的频偏估计及信道状态信息。

步骤209，将以上估计的各天线的频偏估计和信道状态信息带入接收数据，根据频率偏移CFO估计值对数据部分进行补偿，根据CSI估计值对数据部分进行解码，实现频偏补偿及信道均衡。

若天线数为M个，则步骤202所述初始化频偏估计采用如下公式(7)

${\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ini}}=g_{\mathrm{\ϵ}}\left(r_d\right)---\left(7\right)$

其中 $g_{\mathrm{\ϵ}}\left(z\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}\·\∠\left(\underset{n=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{z}^H\left(n\right)z(\frac{N}{2}+n)\right),$ r_d表示接收到的时域信号。

步骤406中先进行粗多CFO估计

           u＝∏_c·r_d

$v={\tilde{F}}_N^{-1}\·(\mathrm{\Ψ}\·({\tilde{F}}_N\·u))---\left(8\right)$

循环开始，对于p＝0：M-1

i＝0：2M-1，i≠p，p+M，l＝0：L-1

$u_p^{\′}={\tilde{F}}_N^{-1}\·(A\·({\tilde{F}}_N\·h_p))$

${\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(p\right)=g_{\mathrm{\ϵ}}\left(u_p^{\′}\right)---\left(10\right)$

循环结束

其中：

${\mathrm{\Π}}_c=\mathrm{diag}\{e^{-\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ini}}0}{N}},e^{-\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ini}}1}{N}},\·\·\·e^{\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ini}}(N-1)}{N}}\},$

表示一个块对角矩阵， ${\tilde{F}}_N=\mathrm{diag}\{F_{N_{\mathrm{SS}}},F_{N_{\mathrm{SS}}}\},$ 其中F_NSS表示傅立叶变换矩阵，其中第(n，k)个元素等于exp(j2πnk/N_SS)。

${\mathrm{\Π}}_{f,1}=\mathrm{diag}\{e^{-\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·0}{N}},e^{-\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·1}{N}},\·\·\·,e^{-\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·(N-1)}{N}}\}$

Ψ＝diag{X_r，1(0)，X_r，1(1)，…，X_r，1(N-1)}

X_r，1(n)，n＝0，1，…，N-1表示发送天线1上发送的导频序列。

diag{·}表示对角矩阵。

再进行细多CFO估计

循环1开始，对于p＝0：M-1

               r_f，p＝r_d

循环2开始，对于q＝0：M-1，q≠p

                  u_p＝∏_f，1·r_f

$v={\tilde{F}}_N^{-1}\·(\mathrm{\Ψ}\·({\tilde{F}}_N\·u_p))$

i＝q，q+M，且l＝0：L-1

$u_p^{\′}={\tilde{F}}_N^{-1}\·(A\·({\tilde{F}}_N\·h_p))$

r_f，p＝∏_f，2·u_p′

循环2结束

${\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_f\left(p\right)=g_{\mathrm{\ϵ}}\left(r_{f,p}\right),{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(p\right)={\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_f\left(p\right)---\left(12\right)$

循环1结束

其中

${\mathrm{\Π}}_{f,2}=\mathrm{diag}\{e^{\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·0}{N}},e^{\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·1}{N}},\·\·\·,e^{\frac{j2\mathrm{\π}\·{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_c\left(q\right)\·(N-1)}{N}}\}$

$A=\mathrm{diag}\{X_{r,1}^{-1}\left(0\right),X_{r,1}^{-1}\left(1\right),\·\·\·,X_{r,1}^{-1}(N-1)\}$

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于上述方法，本发明还提供了一种多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的设备，至少包括：

同步补偿模块，用于对接收信号进行符号同步补偿；

频偏初始化模块，用于对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化；

频偏补偿模块，用于对接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；

信道状态信息估计模块，用于估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息；

频偏补偿和信道均衡模块，用于根据所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

较佳的，所述信道状态信息估计模块在执行估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，和估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息操作中采用迭代方式；在每次迭代中，通过消除已估计频率偏移值对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值。

较佳的，所述信道状态信息估计模块在估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息的操作包括：

a.将经过频偏补偿的所述的其中一根天线的时域信道状态信息和未经频偏补偿的另一根天线的时域信道状态信息分离开来；

b.找到相对于所述其中一个天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置，将该位置上的时域信号提取出来作为所述其中一个天线的时域信道状态信息估计值，并将其置零，将其余部分进行下一步操作；

c.将剩余信号重复以上操作，直到只剩下一根天线上的频偏信息未被补偿为止；

d.对剩下的一根天线的信号执行步骤a的相反操作得到该天线的准确频率偏移值；

e.将该天线的准确频率偏移值作为初始化频偏带入以上步骤，从而迭代得出各天线的信道状态信息及频率偏移值。

该设备可以设置在接收机中，具有执行上述图2～图4所述方法的功能。

另外，本发明方法和设备适用的多天线系统可以具体为：

分布式MIMO系统，由于移动台运动造成的多普勒频移使各分布式发送天线的发送信号相对于接收天线具有不同频率偏移的情况。

虚拟MIMO系统，除上述多普勒频移外，由于各虚拟天线所对应的晶振不同造成的各发送天线的发送信号相对于接收天线具有不同频率偏移的情况。

协作式中继系统，当使用多跳且在第一跳之后源节点与中继节点或者多中继节点同时向目标节点发送信号时，由于各节点所对应的晶振不同造成的各发送天线的发送信号相对于接收天线具有不同频率偏移的情况。此时，各发送节点可建模为发送天线。

其它各发送天线发送信号同接收天线具有不同频率偏移的情况。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的方法，其特征在于，包括：

接收机在对接收信号进行符号同步补偿之后，对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化，并将接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；

a.将补偿过初始化频偏的接收导频符号的前后部分分别进行傅立叶变换，点乘第一根天线的发送频域同步序列，再分别进行傅立叶逆变换；将经过频偏补偿的所述的其中一根天线的时域信道状态信息和未经频偏补偿的另一根天线的时域信道状态信息分离开来；

b.找到相对于所述其中一根天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置，将该位置上的时域信号提取出来作为所述其中一根天线的时域信道状态信息估计值，并将该位置上的时域信号置零，对剩余天线的时域信道状态信息进行下一步操作；

c.将剩余天线的时域信道状态信息重复以上步骤a-b的操作，直到只剩下一根天线上的频偏信息未被补偿为止；

d.将该剩下的一根天线的信号进行傅立叶变换，除以相应发送天线的频域同步符号，再进行反傅立叶变换，将处理的数据对前后部分进行相关后取幅角并加上之前补偿了的其它天线的频偏初始值得到该天线的准确频率偏移值；

e.将该天线的准确频率偏移值作为初始化频偏带入以上步骤a-d，从而迭代得出各天线的信道状态信息及频率偏移值；

根据迭代得出的所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送端在各天线上发送的同步符号应满足：各天线上频域循环相移且无零值点，时域重复。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构造各发送天线所 需同步符号的操作包括：

在各天线分别构造两段重复的，天线间具有循环相移的同步序列，同步序列长度为同步符号长度的一半；在每根天线上对两个同步序列分别进行快速傅立叶逆变换，并在时域将逆变换后的同步序列组合成时域同步符号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各天线上循环相移的间隔取为等间隔或不等间隔，并且须大于信道最大多径时延。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机在对接收信号进行符号同步补偿之后，对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化的过程还包括：

当系统为多跳系统，且前一跳源节点向目标节点发送导频信息，使用前一跳估计的频率偏移值为本跳的初始化频率偏移值；

当系统不是多跳系统时，通过对接收导频符号的前后部分进行相关，并取幅角得到。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b所述找到相对于所述其中一个天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置的过程包括：

将所有当前最强径的集合作为每对发送天线、接收天线间经历信道的有效径，其位置为信道多径时延；

或者判断当前最强径的能量或绝对幅度最大值是否大于设定的门限值，如果大于设定门限值则判为有效径，否则判为非有效径；

或者根据噪底设定门限值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述所有当前最强径的集合为每对发送天线、接收天线间经历信道的有效径，其位置为信道多径时延。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法应用于多发单收、多发多收或者协作式中继通信系统。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法适用的多 天线系统包括：

分布式MIMO系统、虚拟MIMO系统、协作式中继系统、其它各发送天线发送信号同接收天线具有不同频率偏移的情况。

10.一种多天线多载波系统的多频偏载波同步及信道估计的设备，其特征在于，包括：

同步补偿模块，用于对接收信号进行符号同步补偿；

频偏初始化模块，用于对其中一根发送天线的频率偏移值进行初始化；

频偏补偿模块，用于对接收信号使用该初始化频率偏移值进行补偿；

信道状态信息估计模块，用于以通过消除已估计频率偏移值对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线频率偏移值的迭代方式估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息；其中，所述信道状态信息估计模块在估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值，并估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息的操作包括：a.将补偿过初始化频偏的接收导频符号的前后部分分别进行傅立叶变换，点乘第一根天线的发送频域同步序列，再分别进行傅立叶逆变换；将经过频偏补偿的所述其中一根天线的时域信道状态信息和未经频偏补偿的另一根天线的时域信道状态信息分离开来；b.找到相对于所述其中一根天线的已经补偿初始化频偏的有效径位置，将该位置上的时域信号提取出来作为所述其中一根天线的时域信道状态信息估计值，并将其置零，对剩余天线的时域信道状态信息进行下一步操作；c.将剩余天线的时域信道状态信息重复以上步骤a-b的操作，直到只剩下一根天线上的频偏信息未被补偿为止；d.将该剩下的一根天线的信号进行傅立叶变换，除以相应发送天线的频域同步符号，再进行反傅立叶变换，将处理的数据对前后部分进行相关后取幅角并加上之前补偿了的其它天线的频偏初始值得到该天线的准确频率偏移值；e.将该天线的准确频率偏移值作为初始化频偏带入以上步骤a-d，从而迭代 得出各天线的信道状态信息及频率偏移值；

频偏补偿和信道均衡模块，用于根据迭代得出的所述频率偏移值和信道状态信息对接收信号进行频偏补偿和信道均衡。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述信道状态信息估计模块在估计出各发送天线到该接收天线之间的信道状态信息操作中采用迭代方式；在每次迭代中，通过消除已估计频率偏移值对接收同步导频的影响估计各发送天线相对于接收天线的频率偏移值。 

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