CN101562595B - 频率偏差和符号定时偏差联合估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法和装置，所述方法包括以下步骤：获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差。本发明可联合估计频率偏差和符号定时偏差。

Description

频率偏差和符号定时偏差联合估计方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法和装置。

背景技术

OFDM(正交频分复用)是一种特殊的多载波传输技术，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。OFDM技术自提出以来已经在音频和视频领域得到广泛的应用，目前在移动通信领域也得到了快速的发展和应用。在3GPP的LTE(3G长期演进)标准中，OFDM也成为了物理层标准。

OFDM技术可以有效地提高频谱利用效率，但是同单载波系统相比，它也具有易受频率偏差和定时偏差影响的缺点。

频率偏差是由发送机和接收机的本地载波之间的偏差、信号多普勒频移等引起的，由子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移构成。如果子载波偏差是子载波间隔的n(n为整数)倍，虽然子载波之间的正交性能够保持，但是频率采样值已经偏移了n个子载波位置，造成解调出来的符号错误概率为50％。子载波间隔的小数倍偏移会导致子载波之间的正交性遭到破坏，从而在子载波之间引入干扰，使得系统误码率性能恶化。因此为了保证系统性能，必须对OFDM系统中的频率偏差进行估计和补偿。

定时偏差主要包括两个方面，一是发送机和接收机之间的抽样时钟的偏差，会导致子载波之间的干扰；二是符号定时偏差，会导致符号间的干扰。通常情况下假设发送机和接收机之间的抽样时钟频率保持一致，主要对符号定时偏差对OFDM系统的影响进行研究。现有技术中，通常在OFDM系统中采用CP(循环前缀)方式消除符号间干扰，图1为现有技术中OFDM符号的结构示意图，OFDM符号由CP保护间隔和有用数据(IFFT输出)组成，其中，循环前缀是从有用数据的尾部数据复制而来。如果定时的偏移量和信道的最大时延扩展之和小于循环前缀的长度，子载波之间的正交性仍然成立，不会导致子载波间干扰和符号间干扰。如果定时偏移量与信道的最大时延扩展之和大于循环前缀的长度，这时一部分数据信息丢失，会造成子载波间干扰和符号间干扰。由于使用CP，OFDM系统对符号定时同步的要求比较宽松，但在多径环境下，为了获得最佳的系统性能，需要确定最佳的符号定时，因此符号定时偏差的估计和补偿对保证系统性能也是至关重要的。

现有技术对频率偏差和符号定时偏差的估计方法主要包括以下几种：分别对频率偏差和符号定时偏差进行估计，该种方法需要进行两次计算，浪费资源；采用最大似然方法联合估计频率偏差和符号定时偏差，该种方法实现较为复杂；另外，也可以采用训练序列联合估计频率偏差和符号定时偏差，但是该种方法性能较差，实现也较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法和装置，可以快速、有效地联合估计出频率偏差和符号定时偏差。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，用于OFDM系统中，包括以下步骤：获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；其中，根据所述第一相关值和所述第二相关值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关值和所述第二相关值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差；根据所述第一相关值和所述第二相关值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

所述获取接收到的OFDM符号的循环前缀之前还包括：根据已知同步信息接收所述OFDM符号。

所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

本发明实施例还提供一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，用于OFDM系统中，包括以下步骤：获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；其中，所述根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差具体为：对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差；所述根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差。所述根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}$

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。

本发明实施例还提供一种频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，包括：第一处理模块，用于获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；第二处理模块，用于获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；第一相关模块，用于将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；第二相关模块，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；估计模块，用于根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；其中，根据所述第一相关值和所述第二相关值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关值和所述第二相关值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差；根据所述第一相关值和所述第二相关值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

所述装置还包括：接收模块，用于根据已知同步信息接收所述OFDM符号。

所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

本发明实施例还提供一种频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，包括：第一处理模块，用于获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；第二处理模块，用于获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；第一相关模块，用于将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；第二相关模块，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；估计模块，用于根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；其中，所述估计模块包括：均值获取子模块，用于对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；频率偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；符号定时偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差；所述频率偏差估计子模块包括：和值获取单元，用于获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；相位角获取单元，用于获取所述和值的相位角；第一估计单元，用于根据所述相位角，估计频率偏差；所述符号定时偏差估计子模块包括：第一功率获取单元，用于获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；第二功率获取单元，用于获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较单元，用于比较所述第一功率值和第二功率值，得到一比较结果；第二估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；第三估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}$

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。

本发明实施例具有以下有益效果：将接收到的OFDM符号的循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段，将所述OFDM符号的与所述循环前缀长度相等的尾部数据段也等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段，分别对第一数据段和第三数据段、第二数据段和第四数据段求相关，从而估计频率偏差和符号定时偏差，可以仅通过一次计算联合估计出频率偏差和符号定时偏差，计算复杂度低，性能好，适合于实际系统实现。

附图说明

图1为现有技术中的OFDM符号的结构示意图；

图2至图5为本发明实施例的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法的流程示意图；

图6为本发明实施例的LTE-TDD系统的上下行转换点为5ms的帧结构示意图；

图7为本发明实施例的频率偏差和定时偏差联合估计方法的一个具体实施例的流程图；

图8为本发明实施例的频率偏差和符号定时偏差联合估计装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的实现原理如下：由于OFDM符号的循环前缀是由所述OFDM符号的后N个采样点复制而来，因此，在OFDM系统的发送端，OFDM符号的循环前缀与所述后N个采样点一致；所述OFDM符号通过无线信道被传输到接收端后，由于干扰和噪声等因素的影响，所述循环前缀与所述后N个采样点则会变得不同，但是这两部分数据还具有一定的相关性；本发明实施例则是利用所述OFDM符号的循环前缀和尾部数据段(后N个采样点)的相关性，将循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段，并将尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段，并分别对第一数据段和第三数据段、第二数据段和第四数据段求相关，从而联合估计出频率偏差和符号定时偏差。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图2所示为本发明实施例的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法的流程示意图，所述方法用于OFDM系统中，包括以下步骤：

步骤201，根据已知同步信息接收OFDM符号；

频率偏差和符号定时偏差估计过程一般可以分为粗同步(捕获)过程和细同步(跟踪)过程，本发明实施例所涉及的内容主要在细同步过程的估计。

步骤202，获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

经过了粗同步过程后，可以得到接收到的OFDM符号中循环前缀的位置，粗同步过程中，通常利用PSS(主同步信号)或SSS(辅同步信号)的相关特性做同步估计，首先估计出PSS或者SSS的位置，然后根据标准中定义的帧结构推算出循环前缀的位置即可，通常情况下，粗同步过程中对循环前缀位置的估计精度为±1/2CP(循环前缀)的长度；

步骤203，获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

步骤204，将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

步骤205，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

将第一数据段记为A，第二数据段记为B，A、B的长度分别都是1/2CP的长度，将所述第三数据段记为A′，将所述第四数据段记为B′，所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。把OFDM符号的A部分和B部分延迟FFT长度后，可以的得到A′部分和B′部分数据。

步骤206，根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差。

根据所述第一相关值和所述第二相关值估计频率偏差具体为：

获取所述第一相关值和所述第二相关值的和值；

获取所述和值的相位角；

根据所述相位角，估计频率偏差。

根据所述第一相关值和所述第二相关值估计符号定时偏差具体为：

获取所述第一相关值与其共轭的乘积，得到第一功率值；

获取所述第二相关值与其共轭的乘积，得到第二功率值；

比较所述第一功率值和第二功率值；

在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；

在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

上述实施例中是根据当前接收到的一个OFDM符号估计频率偏差和符号定时偏差，在具体实现过程中，为了降低噪声对第一相关值和第二相关值的影响，可以对接收到的多个OFDM符号的第一相关值和第二相关值求均值，然后，再估计频率偏差和符号定时偏差。

因此，如图3所示，上述步骤206还包括以下步骤：

步骤301，判断接收到的所述OFDM符号的个数是否为所述第一数值个，所述OFDM符号位于同一子帧内；在接收到的所述OFDM符号的个数为所述第一数值个时，进入步骤302，否则，返回步骤201；

步骤302，对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；

步骤303，根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；

步骤304，根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差。

根据系统实现的复杂性和性能要求，所述第一数值选取小于或等于一个OFDM子帧内的OFDM符号的个数，假设一个OFDM子帧内具有14个OFDM符号，所述第一数值可以在1～14之内选取。

所述第一相关平均值R_A和所述第二相关平均值R_B的计算公式如下：

$R_A=\frac{1}{M}\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{l,A}$

$R_B=\frac{1}{M}\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{l,B}$

其中，M为第一数值。

如图4所示，上述步骤303还包括以下步骤：

步骤401，获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；

步骤402，获取所述和值的相位角；

步骤403，根据所述相位角，估计频率偏差。

所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{f_s}{L}$

R＝R_A+R_B

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。可以通过上述步骤得到的频率偏差去调整系统频率。

如图5所示，上述步骤304还包括以下步骤：

步骤501，获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；

步骤502，获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；

所述第一功率值P_A和所述第二功率值P_B的计算公式如下：

P_A＝R_A*(R_A)^*

P_B＝R_B*(R_B)^*

其中，(R)^*是R的共轭。

步骤503，比较所述第一功率值和第二功率值；

步骤504，在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；

步骤505，在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

通过比较P_A和P_B的差值的符号，判断当前OFDM符号的接收时间是超前了，还是滞后了。如果P_A-P_B＞0，则说明当前OFDM符号的接收时间滞后了，需要向前调整，反之，则说明当前OFDM符号的接收时间提前了，需要向后调整。

上述实施例中的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，可以应用于任何OFDM系统，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合一个应用于LTE-TDD(长期演进-时分双工)系统的具体实施例对本发明实施例进行详细描述。

LTE-TDD系统中，每个无线帧的长度为T_f＝307200·T_s＝10ms，包括两个长度为T_f＝153600*T_s＝5ms的半帧，每个半帧包括5个长度为30720*T_s＝1ms的子帧。如图6所示为LTE-TDD系统的上下行转换点为5ms的帧结构示意图，图6中有两个特殊子帧，每个特殊子帧包括DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护时隙)、UpPTS(上行导频时隙)3个域，其总长度等于1ms。对于其他子帧，根据标准定义的配置列表，上下时隙有不同的配置。每个子帧包括两个时隙，长度分别为0.5ms。对于每个子帧里的符号数，本实施例中以子载波间隔为15KHz，正常循环前缀的情况为例，每个时隙包含7个OFDM符号，即每子帧包含14个OFDM符号。

如图7所示，本实施例的频率偏差和定时偏差的联合估计方法包括以下步骤：

步骤701，接收1个OFDM符号，并将符号计时器D加1，所述符号计时器的初值为1；

步骤702，获取接收到的OFDM符号的循环前缀，即获取所述OFDM符号的前N个采样点，N为循环前缀的长度，不同的带宽循环前缀的长度有所不同，并将该N个采样点等分为前后两部分，前一部分记为A，后一部分记为B；

步骤703，获取所述OFDM符号的后N个采样点，并将所述后N个采样点等分为两部分，前一部分记为A’，后一部分记为B’；

步骤704，分别计算A’和B’的复共轭，得到A”和B”；

步骤705，分别对A和A”，B和B”求相关，得到相关值R_l，A和R_l，B；

其中，复共轭和相关的运算分别表示如下：

假设d′_i＝x_i+j*y_i，则其复共轭结果为d″_i＝x_i-j*y_i，其中，d是复信号，x和y分别代表实部和虚部；A＝{d_i}，A’＝{d_i’}，i＝1，...N的相关运算为：

$R_{l,A}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i*d_i^{\′}$

步骤706，判断符号定时器D的值是否等于M，M为选取的OFDM符号的个数，可以为一个子帧内全部或部分OFDM符号的个数，假设本发明实施例中用一个子帧内的全部OFDM符号做均值，即M＝14；如果D＜M，则返回步骤701，否则，进入步骤707；

步骤707，对M个OFDM符号计算得到的相关值求均值，得到平均相关值R_A和R_B，R_A和R_B计算公式如下：

$R_A=\frac{1}{M}\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{l,A}$

$R_B=\frac{1}{M}\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{l,B}$

步骤708，获取相关值R_A和R_B的和值R＝R_A+R_B，对R求反正切，得到其对应的相位角，并根据所述相位角，估计频率偏差，频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{f_s}{L}$

其中，arctan(.)是反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率，FFT长度、采样间隔和采样频率由系统带宽确定。

步骤709，将R_A和R_B分别与其共轭相乘，得到相关功率值P_A和P_B，并根据所述功率值P_A和P_B，估计符号定时偏差，计算公式如下：

P_A＝R_A*(R_A)^*

P_B＝R_B*(R_B)^*

通过P_A和P_B的差值的符号，判断符号定时偏差同步需要调整的方向：

if(P_A-P_B＞0)

ShiftDirection＝1；

else

ShiftDirection＝-1；

其中，ShiftDirection＝1表示同步需向前调整一个采样点，ShiftDirection＝-1表示同步需向后调整一个采样点。

通过上述实施例提供的方法，可以仅通过一次计算，联合估计出频率偏差和符号定时偏差，计算复杂度低，性能好，适合于实际系统实现。

如图8所示为本发明实施例的频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，所述装置包括：

接收模块801，用于根据已知同步信息接收所述OFDM符号；

第一处理模块802，用于获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

第二处理模块803，用于获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

第一相关模块804，用于将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

第二相关模块805，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

估计模块806，用于根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差。

上述实施例中是根据当前接收到的一个OFDM符号估计频率偏差和符号定时偏差，在具体实现过程中，为了降低噪声对第一相关值和第二相关值的影响，可以对接收到的多个OFDM符号的第一相关值和第二相关值求均值，然后，再估计频率偏差和符号定时偏差。

因此，所述估计模块806包括：

均值获取子模块，用于对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；

频率偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；

符号定时偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差。

所述频率偏差估计子模块包括：

和值获取单元，用于获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；

相位角获取单元，用于获取所述和值的相位角；

第一估计单元，用于根据所述相位角，估计频率偏差。

所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{f_s}{L}$

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。

所述符号定时偏差估计子模块包括：

第一功率获取单元，用于获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；

第二功率获取单元，用于获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；

比较单元，用于比较所述第一功率值和第二功率值，得到一比较结果；

第二估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整一个采样点；

第三估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整一个采样点。

通过比较第一功率值和第二功率值的差值的符号，判断当前OFDM符号的接收时间是超前了，还是滞后了。如果所述第一功率值大于所述第二功率值，则说明当前OFDM符号的接收时间滞后了，需要向前调整，反之，则说明当前OFDM符号的接收时间提前了，需要向后调整。

通过上述实施例提供的装置，可以仅通过一次计算，联合估计出频率偏差和符号定时偏差，计算复杂度低，性能好，适合于实际系统实现。

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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，用于正交频分复用OFDM系统中，其特征在于，包括以下步骤：

获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；

其中，根据所述第一相关值和所述第二相关值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关值和所述第二相关值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差；

根据所述第一相关值和所述第二相关值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

2.根据权利要求1所述的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，其特征在于，所述获取接收到的OFDM符号的循环前缀之前还包括：

根据已知同步信息接收所述OFDM符号。

3.根据权利要求1所述的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，其特征在于，所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

4.一种频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，用于OFDM系统中，其特征在于，包括以下步骤：

获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；

其中，所述根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差具体为：对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差；

所述根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差。

所述根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

5.根据权利要求4所述的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，其特征在于，所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+L)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

6.根据权利要求4所述的频率偏差和符号定时偏差联合估计方法，其特征在于，所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}$

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。

7.一种频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

第二处理模块，用于获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

第一相关模块，用于将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

第二相关模块，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

估计模块，用于根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；其中，根据所述第一相关值和所述第二相关值估计频率偏差具体为：获取所述第一相关值和所述第二相关值的和值；获取所述和值的相位角；根据所述相位角，估计频率偏差；根据所述第一相关值和所述第二相关值估计符号定时偏差具体为：获取所述第一相关值与其共轭的乘积，得到第一功率值；获取所述第二相关值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较所述第一功率值和第二功率值；在所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；在所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

8.根据权利要求7所述的频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，还包括：

接收模块，用于根据已知同步信息接收所述OFDM符号。

9.根据权利要求7所述的频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+l)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y₁ ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

10.一种频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于获取接收到的OFDM符号的循环前缀，并将所述循环前缀等分为前后两部分，得到第一数据段和第二数据段；

第二处理模块，用于获取所述OFDM符号的尾部数据段，所述尾部数据段与所述循环前缀的长度相同，并将所述尾部数据段等分为前后两部分，得到第三数据段和第四数据段；

第一相关模块，用于将所述第一数据段与所述第三数据段的复共轭求相关，得到第一相关值；

第二相关模块，将所述第二数据段与所述第四数据段的复共轭求相关，得到第二相关值；

估计模块，用于根据所述第一相关值和所述第二相关值，估计频率偏差和符号定时偏差；

其中，所述估计模块包括：均值获取子模块，用于对接收到的一个OFDM子帧内的第一数值个所述OFDM符号的所述第一相关值和所述第二相关值分别求均值，得到第一相关平均值和第二相关平均值；频率偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计频率偏差；符号定时偏差估计子模块，用于根据所述第一相关平均值和所述第二相关平均值估计符号定时偏差；

所述频率偏差估计子模块包括：和值获取单元，用于获取所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值；相位角获取单元，用于获取所述和值的相位角；第一估计单元，用于根据所述相位角，估计频率偏差。

所述符号定时偏差估计子模块包括：第一功率获取单元，用于获取所述第一相关平均值与其共轭的乘积，得到第一功率值；第二功率获取单元，用于获取所述第二相关平均值与其共轭的乘积，得到第二功率值；比较单元，用于比较所述第一功率值和第二功率值，得到一比较结果；第二估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值大于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向前调整；第三估计单元，用于在所述比较结果为所述第一功率值小于第二功率值时，得到符号定时偏差的同步调整方向为向后调整。

11.根据权利要求10所述的频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，所述第一相关值和所述第二相关值的计算公式如下：

$R_{l,A}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l\left(i\right)*{y_l}^{*}(i+L)$

$R_{l,B}=\frac{1}{N_l}\underset{i=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l(i+N_l)*{y_l}^{*}(i+L+N_l)$

其中，R_l，A是接收到的第l个OFDM符号的第一相关值，R_l，B是第l个OFDM符号的第二相关值，y_l(i)是第l个OFDM符号上的第i个采样点，N_l是第l个OFDM符号的循环前缀长度的1/2，L是快速傅立叶变换FFT的长度，y_l ^*(·)是y_l(·)的复共轭。

12.根据权利要求10所述的频率偏差和符号定时偏差的联合估计装置，其特征在于，所述频率偏差的计算公式如下：

$\mathrm{\Δf}=\frac{\arctan \left(R\right)}{2\mathrm{\π}}*\frac{1}{L*T_s}$

其中，Δf为频率偏差，R是所述第一相关平均值和所述第二相关平均值的和值，arctan(R)是R的反正切函数，L是FFT长度，T_s是采样间隔，f_s是采样频率。

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