CN101741775B - 基于泰勒展开的单频率的ofdm时变信道估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，其步骤：(1)将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，转换后成信道传输的串行数据流；(2)将OFDM传输数据进行N点IFFT处理，加入循环前缀后发出；(3)对经过多径信道后的OFDM信号直接乘以进行单频率fx补偿；(4)去除循环前缀做N点FFT处理，将N路信号进行解调；(5)将FFT后的信号解调、译码，得到最终发送端发送的信源数据。该方法，采用泰勒级数展开法得到选择频率补偿值的方案，有效的消除了OFDM系统子载波间干扰(Inter-CarrierInterference)，而且具有计算复杂度低、实现简单，能提高OFDM系统传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信中的信号处理方法，特别是涉及一种OFDM多径模型下的子载波间干扰消除的变信道估计方法。
背景技术
随着无线通信的发展，人们对数据传输速率和通信服务质量提出了越来越高的要求。正交频分复用（OFDM）技术以其抗衰落能力强、频谱利用率高、适合高速数据传输等优点，已经成为无线通信中的一项关键技术，并有着越来越广泛的应用。如中国发明专利申请公开了“一种OFDM时变信道测计方法”（专利申请号为200810036411.0），该方法采用多相滤波技术滤除噪声，提高在低信噪比条件下的OFDM快变信道参数估计精度。并使用FFT技术来估计各个子载波抽样位置上的信道频域系数值，达到实现OFDM快变信道估计系统具有计算复杂度低、误码率低和频谱利用率高的特点。还有一个显著特点是：该OFDM技术采用了子载波之间相互重叠并保持正交的频分复用方法，其子载波之间的重叠与正交节约了大量的频带，然而，由于子信道的频谱是相互重叠的，这对子载波之间的正交性提出了更高的要求，即对频率和定时同步有着严格的要求。实际的OFDM系统在运行中，当发射端和接收端系统存在同步误差、载波偏移等情况时，子载波之间的正交性就会遭到破坏，从而导致子载波间干扰，进而影响系统的传输性能。针对多径模型下的OFDM系统ICI消除问题，Byung-Chul Kim等人提出了多普勒分集接收方法。该方法可有效地降低多径模型下OFDM系统的ICI，但是该技术在增加系统的复杂性的同时也使系统的运算时间增长，显然，此方案不适合应用于实际的OFDM系统。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，该方法能提高信道的信干比，降低由发射端和接收端载波频率偏移所引起的对OFDM系统的子载波间干扰，提高OFDM系统传输性能。
为了达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，其步骤包括如下:
（1）将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，并转换后成信道传输的串行数据流；
（2）将OFDM传输数据进行N点IFFT处理，加入循环前缀后发射出去；
（3）对经过多径信道后的OFDM信号直接乘以 
进行单频率
补偿，通过泰勒级数展开获取最优的频率补偿值；
（4）去除循环前缀并做N点FFT处理，将N路已调制信号进行解调；
（5）将FFT以后的信号解调、译码，得到最终发送端发送的信源数据。
上述步骤（3）对经过多径信道后的OFDM信号进行单频率
补偿，选择出最优的频率补偿值，其选择步骤如下：
（3.1）建立经过多径信道后的OFDM信号子载波间干扰的产生模型；
（3.2）根据OFDM信号子载波间干扰的产生模型，求出信道的信干比
；
（3.3）将多径后的信号直接乘以
（
补偿频率）进行单频率补偿；
（3.4）计算出单频率补偿后的信干比
；
（3.5）对单频率补偿后的信干比
进行泰勒级数展开；
（3.6）求出归一化最佳频率补偿值。
本发明的基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法与现有技术相比较具有以下优点：该方法在OFDM系统的基础上增加了单频偏补偿环节，并利用泰勒级数展开进行了信干比公式的化简，得到了一种较好的单频率补偿值，使得选择的补偿频率接近信道增益因子最大的那条径的频偏值，降低由发射端和接收端载波频率偏移所引起的对OFDM系统的子载波间干扰，而且其计算复杂度低、实现简单、提高OFDM系统传输性能。
附图说明
图1为本发明的基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法的流程图；
图2为图中步骤（3）选择出最优的频率补偿值进行频率补偿的流程图；
图3为在不同的增益比的情况下系统的频偏补偿值仿真图；
图4为两条径频偏分别为0.1和0.2时在不同补偿频偏下的系统的SIR仿真图；
图5为两条径频偏分别为0.1和0.3时在不同补偿频偏下的系统的SIR仿真框图；
图6为两条径频偏分别为0.1和0.4时在不同补偿频偏下的系统的SIR仿真框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明的基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，其具体步骤如下：
（1）将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，转换后成信道传输的串行数据流；
（2）将OFDM传输数据进行N点IFFT处理，将N路信号分别调制到N个不同的子载波上，加入循环前缀后发射出去；
（3）对经过多径信道后的OFDM信号直接乘以进行单频率补偿，并通过泰勒级数展开获取最优的频率补偿值，如图2所示，其选择步骤如下：
（3.1）建立经过多径信道后的OFDM信号子载波间干扰的产生模型
假定IFFT前的数据为 
，多径信道的多普勒频移为
，时延为，信道增益为，并假定噪声不对整个系统构成影响，那么可求出OFDM信号子载波间干扰的模型矩阵C：
其中，
当 时，
项为输入信号
对输出信号
的干扰。
（3.2）根据OFDM信号子载波间干扰产生模型，求出多径信道的信干比
：
（3.3）将多径后的OFDM信号直接乘以
进行单频率补偿；
（3.4）计算出单频率补偿后的信干比
：
（3.5） 对单频率补偿后的信干比
进行泰勒级数展开，将补偿后的信号功率
化简为：
当载波数
时，进一步化简信号功率
为：
当载波数
时，有下式成立：
单频率补偿后的信干比
可化简为：
（3.6）求出归一化最佳频率补偿值
，对化简后的
信干比进行求导，以求出最佳频率补偿值
：
为了得到最佳的频率补偿值，选择的补偿偏移量应尽量接近信道增益
最大的那条径作为补偿；
（4）去除循环前缀并做N点FFT处理，将N路已调制信号进行解调；
（5）将FFT以后的信号解调、译码，得到最终发送端发送的信源数据。
图3为假定多径数目为两条情况下的仿真图，假设其中一条径的频偏固定为
，第二条径频偏为0.2、0.3和0.4。仿真图中的加有”*”的线为Kai Deng单频偏值计算法即
（1）当归一化频偏为0.2时（图中最下方的两根线），上面方法的频偏补偿值是基本一致的；
（2）当归一化频偏为0.3及以上时，本发明的频偏补偿值能够明显的改善多径后的信干比，较大程度的消除子载波间干扰对于整个OFDM系统的影响。
图4、图5、图6分别是在相对增益比为3dB, 其中一条径频偏为0.1，另一条径频偏分别为0.2、0.3和0.4的情况下，在不同的频谱补偿下系统的信干比的仿真图。图4、图5、图6的横坐标相同，且都为归一化多普勒频移补偿值。图4、图5、图6的纵坐标也都相同，且都为系统的信干比。由图中可以看出，图3在补偿频偏为0.167时信干比达到最大，图4在补偿频偏达到0.24时信干比达到最大，图5在频偏达到0.3时信干比达到最大，而对应仿真图2可以看到，在相对增益比为3dB时，采用方案二的方法得到的补偿频偏值更为精确。
综上所述，本发明提供的方法，采用泰勒级数展开法得到选择频率补偿值的方案，有效的消除了OFDM系统子载波间干扰，提高OFDM系统传输性能。此外，在进行多径信道后的OFDM系统单频率
补偿时，频率补偿值应可能选择信道增益
较大的那条径的多普勒频值
作为最佳频率补偿值。
Claims (2)
1.一种基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，其步骤包括如下:
（1）将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，转换后成信道传输的串行数据流；
（2）将OFDM传输数据进行N点IFFT处理，加入循环前缀后发射出去；
（3）对经过多径信道后的OFDM信号直接乘以 
进行单频率补偿，通过泰勒级数展开获取最优的频率补偿值；所述的
为补偿频率 ；
（4）去除循环前缀并做N点FFT处理，将N路已调制信号进行解调；
（5）将FFT以后的信号解调、译码，得到最终发送端发送的信源数据。
2.根据权利要求1所述的基于泰勒展开的单频率的OFDM时变信道估计方法，其特征在于，上述步骤(3)中所述的对经过多径信道后的OFDM信号直接乘以
进行单频率补偿，获取最优的频率补偿值，其步骤如下：
（3.1）建立经过多径信道后的OFDM信号子载波间干扰产生模型；
（3.2）根据OFDM信号子载波间干扰产生模型，求出多径信道的信干比
；
（3.3）将多径后的信号直接乘以
进行单频率
补偿；
（3.4）计算出单频率补偿后的信干比
；
（3.5）对单频率补偿后的信干比
进行泰勒级数展开，将补偿后的信号功率
化简；
（3.6）求出归一化最佳频率补偿值
。
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