CN101383799A - 一种ofdm系统同步、信道估计和降低峰均比的联合高效算法 - Google Patents

Abstract

本发明以高速无线数据通信系统中的关键技术——正交频分复用(OFDM)为基础，提出了一种用同一训练序列同时实现OFDM系统同步、信道估计和降低峰均比的联合高效算法。主要方法是用一组训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计，同时用该训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数，来降低峰均比。该系统能用同一训练序列同时实现降低峰均比，信道估计和系统同步，与独立实现各功能相比，该算法不仅能够实现以上三种功能，而且由于利用一组训练序列，节省了资源，提高了系统有效性。

Description

一种OFDM系统同步、信道估计和降低峰均比的联合高效算法

技术领域

本发明涉及一种基于正交频分复用系统的联合高效算法，即用同一训练序列同时实现降低峰均比，信道估计和系统同步。主要方法是用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计，同时用该训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数，来降低峰均比，属于无线通信技术领域。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通过相互正交的子载波并行传输数据，是一种高效的数据传输方式。与传统通信手段相比，采用OFDM技术的无线数据通信系统具有抗频率选择性衰落、频带利用率高等特点，能够满足人们对同时传送数据、语音和图象的要求，所以受到人们越来越广泛的关注。近几年来，OFDM在无线通信领域得到了深入研究和广泛应用，如数字音频广播(DAB)，数字视频广播(DVB)和高清晰度电视(HDTV)等。采用OFDM方案的协议有IEEE 802.11a和欧洲电信标准化协会的HIPERLAN/2等。

OFDM是一种多载波传输技术，信号时域上表现为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号恰好均以峰值点相加时，OFDM信号也将产生最大峰值，尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高峰均功率比的OFDM信号，发送端对高功率放大器(HPA)的线性度要求很高且发送效率极低，接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高的峰均功率比(PAPR)使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际应用。为了解决这一问题，人们提出了多种降低OFDM系统的PAPR方法。

OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频率同步显得尤为重要。所以精确的同步措施对正确解调OFDM信号非常重要。

信道估计是OFDM内接收机中的一个重要环节。我们可以把OFDM系统的信道估计粗略地划分为两类：1)盲估计(Blind Estimation)；2)利用导频的估计(PilotAidedEstimation)。由于盲估计方法不需要发送机发送特殊的训练序列，从而提高了系统的频谱效率，但是为了得到可靠的信道估计，接收机必须接收到足够多的数据符号，所以有很大的处理延时。在无线移动系统中，由于信道的时变性，信道统计特性的变化等因素，盲估计算法的使用受到很大限制。所以通常对无线通信系统来说都必须定期或不定期地向信道估计器发送一定的训练序列，这种方法被称为数据辅助式信道估计((Data-Aided ChannelEstimation，DA-CE)。在OFDM系统中，为了维持各子载波间的正交性，通常是规定某些子载波在某些时刻用于传送训练数据，这种方法被称为利用导频估计的方法。由于无线移动信道是时变的多径衰落信道，足够精确的信道估计对OFDM传输系统尤为重要。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种正交频分复用(OFDM)数字通信系统的联合高效算法的技术方案。该方法利用同一训练序列同时实现降低峰均比，信道估计和系统同步，使得系统在分别实现上述三种功能的同时，减少了系统的冗余信息，提高了系统有效性，具有广泛的适用性和实用价值。

本发明的技术方案：

首先采用部分传输序列(PTS)算法来降低峰均比。系统每帧的第一个OFDM符号发送训练序列，第二个OFDM符号发送全一序列。选用系统训练序列的第1和3值，即2，—2映射为1，—1构成PTS的加权系数。接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号，经过FFT之后，将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减，每一个元素取绝对值后再相加，结果中第几位最小，则信道中有几个整数频偏，记为k。整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。并将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次变换后用于对信道进行纠正。

本发明的有益效果：本发明是一种使用同一训练序列同时实现降低OFDM系统峰均比，信道估计和系统同步的方法。与独立实现各功能相比，该算法不仅能够联合实现以上三种功能，而且由于利用一组训练序列，节省了系统资源，提高了系统有效性。

附图说明

图1是未信道估计且未同步时系统星座图

图2是单独信道估计SNR＝15dbAWGN信道系统星座图

图3是单独整数频偏同步(整数频偏为2)系统星座图

图4是联合算法SNR＝15db AWGN信道(整数频偏为2)系统星座图

图5是联合算法与单独信道估计误码率曲线

图6是联合算法与单独整数频偏同步误码率曲线

具体实施方式

以下结合附图和通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

这种基于OFDM系统的联合高效算法，即在加性高斯白噪声信道下利用同一训练序列同时实现降低OFDM系统峰均比，信道估计和系统同步。其特征在于：本方法包括以下步骤：

a.用训练序列中的数据构成PTS算法的加权系数，来降低峰均比；

b.用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计。

步骤a中训练序列选用：

[+2，+2i，-2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，-2，+2i，+2，+2i，-2，2i]。

步骤a中由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值，随着加权系数b_v的取值范围的增大，系统的复杂度也会增大，故这里考虑b_v取{±1}的情况，可以利用迭代方法得到b_v。系统选用训练序列的第1和3值，即2，—2映射为1，—1构成PTS算法的加权系数。

步骤b中的方法进一步包括以下步骤：

a.系统的第一个OFDM符号发送训练序列，第二个OFDM符号发送全一，训练序列采用循环后缀。

b.接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号，经过快速傅立叶变换FFT之后，将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减，每一个元素取绝对值后再相加，结果中第几位最小，则信道中有几个整数频偏，记为k。

c.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。

d.将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次，得到信道的频域响应，用它对信道进行纠正。

该方法进一步包括训练序列可以采用其它形式的序列。

该方法进一步包括迭代的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

a.将N个子载波分割成V个子序列；

b.令b_v＝1，(v＝1，2，…，V)，在此条件下，计算峰均比PARO的值，且令v＝1；

c.令b_v＝—1，同样计算此时的PAR；

d.如果PAR>PARO，则b_v＝1；否则，v＝v+1；

e.如果v<V+1，则返回到步骤(c)；否则，到步骤(f)；

f.得到加权系数{b_v，v＝1，2，……，V}，在此条件下得到的峰均比分布为min(PAR，PARO)。

该方法进一步包括可选用其它值映射构成PTS算法的加权系数。

实施例

本发明应用于32QAM正交频分复用系统中，系统使用16个子载波。

1.系统的第一个OFDM符号发送训练序列，第二个OFDM符号发送全一序列。其中训练序列为[+2，+2i，-2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，-2，+2i，+2，+2i，-2，2i]

2.采用PTS算法来降低峰均比。由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值，在此选用系统第一个OFDM符号中训练序列的第1和3值，即2，—2映射为1，—1构成PTS算法的加权系数。

3.接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号，经过FFT之后(分别为

，

，将第一个OFDM符号结果与训练序列循环移位相除，记下结果H(n)′和移位次数。

4.将步骤3中的结果H(n)′和第二个OFDM符号变换后的结果相减，每一个元素取绝对值后再相加。结果中第几位最小，则信道中有几个整数频偏，记为k。

5.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。并将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次变换为H(n)。

6.用H(n)对信道进行纠正。

Claims (8)

1.一种基于正交频分复用(OFDM)系统的联合高效算法，即在加性高斯白噪声信道下用同一训练序列实现OFDM系统的同步，信道估计和降低峰均比。其特征在于：本方法包括以下步骤：

a.用训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数，来降低峰均比；

b.用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计。

2.根据权利要求1所述的联合高效算法，其特征在于：OFDM系统采用MQAM调制(M＝2ⁿ，n为正整数)或其它调制方式。

3.根据权利要求1所述的联合高效算法，其特征在于：步骤a中训练序列选用[+2，+2i，-2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，+2，-2i，-2，+2i，+2，+2i，-2，2i]。

4.根据权利要求1所述的联合高效算法，其特征在于：步骤a中由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值。随着加权系数b_v的取值范围的增大，系统的复杂度也会增大，故这里考虑b_v取{±1}的情况，可以利用迭代方法得到b_v。系统选用训练序列的第1和3值，即2，—2映射为1，—1构成PTS算法的加权系数。

5.根据权利要求1所述的联合高效算法，其特征在于：步骤b中的方法进一步包括以下步骤：

a.系统每帧的第一个OFDM符号发送训练序列，第二个OFDM符号发送全一，训练序列采用循环后缀。

b.接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号，经过快速傅立叶变换FFT之后，将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减，每一个元素取绝对值后再相加，结果中第几位最小，则信道中有几个整数频偏，记为k。

c.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。

d.将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次，得到信道的频域响应，用它对信道进行纠正。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：训练序列可以采用其它形式的序列。

7.根据权利要求4所述的迭代的方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：

a.将N个子载波分割成V个子序列；

b.令b_v＝1，(v＝1，2，…，V)，在此条件下，计算峰均比PARO的值，且令v＝1；

c.令b_v＝—1，同样计算此时的PAR；

d.如果PAR>PARO，则b_v＝1；否则，v＝v+1；

e.如果v<V+1，则返回到步骤(c)；否则，到步骤(f)；

f.得到加权系数{b_v，v＝1，2，……，V}，在此条件下得到的峰均比分布为min(PAR，PARO)。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：可选用其它值映射构成PTS算法的加权系数。

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