CN101895309A - 一种基于信噪比估计的频偏调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信噪比估计的频偏调整方法，包括：设置信噪比寄存器初始值SNR_reg，及其对应的频偏寄存器初始值Freg；设置计数器n＝0；令n＝n+1，获取单载波频域均衡系统数据帧的第n帧的频偏估计值F_n；获取第n帧的信噪比估计值SNR_n；判断SNR_n是否大于SNR_reg，如果是，则修改频偏寄存器F_reg＝F_n，当前帧频偏估计值为F_n；如果否，则F_reg保持不变，当前帧的频偏估计值F_n修改为F_n＝F_reg；重复上述步骤，对所有帧的频偏估计值F_n进行调整。本发明在估计信噪比时，针对SC-FDE系统的特点，在不改变数据帧结构的基础上，把用于信道估计的导频数据变换到频域，从而得到准确的信噪比估计值，利用信噪比估计值自适应调整频偏，很好的解决了低信噪比下频偏估计值出错的问题。

Description

一种基于信噪比估计的频偏调整方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于信噪比估计的频偏调整方法。

背景技术

目前随着新的通信业务需求迅速增大，对无线通信系统和无线局域网的传输速率提出了更高的要求，而传输速率的提高，又给常规单载波系统带来了载波频偏增大、符号间干扰(ISI，intersymbol-interference)和深度频率选择性衰弱等问题。单载波频域均衡技术(SC-FDE，Single Carrier Frequency DomainEqualization)可以很好的解决上述问题。

SC-FDE技术需要插入循环前缀并进行频域均衡，同时这种方法以符号块结构发送信号，对接收端同步要求高，对频率偏差相当敏感。一般的SC-FDE系统数据是按帧传输的，如图1所示，每帧由n个数据块和1个前导块组成。

射频信号在解调到基带信号的过程中由于晶振的不匹配会产生非常大的频率偏差，频偏对纯粹的单载波系统造成的误差相当于造成了信号旋转和衰减；当这个频偏出现在OFDM或者SC-FDE系统时，还会造成码间干扰，载波间干扰，影响到SC-FDE系统的频域均衡算法的准确性，因此在接收端下变频后得到的采样信号的频率偏差必须先进行准确的补偿。

在现有单载波频域均衡系统中，频偏估计算法是在每帧数据的起始阶段提取出前导块位置的接收信号，然后利用前导块数据的自相关特性来得到频偏估计值，作为当前帧的频偏估计值。这种方法简单易行，但是在干扰较大，信噪比较低的情况下，算法精度很低，无法得到正确的估计结果。由于无线信道都存在深衰落情况，此时，接收信号信噪比很低，只利用原有的频偏估计算法将得到错误的结果，系统在深衰落时刻将不再可靠。

发明内容

本发明提供一种基于信噪比估计的频偏调整方法，用以解决现有技术中存在的在接收信号信噪比很低的情况下，频偏估计不准确的问题。

为达上述目的，本发明提供一种基于信噪比估计的频偏调整方法，所述方法包括以下步骤：

S101，设置信噪比寄存器初始值SNR_reg，及其对应的频偏寄存器初始值F_reg；设置计数器n＝0；

S102，令n＝n+1，获取单载波频域均衡系统数据帧的第n帧的频偏估计值F_n；

S103，获取第n帧的信噪比估计值SNR_n；

S104，判断SNR_n是否大于SNR_reg，如果是，则修改频偏寄存器F_reg＝F_n，当前帧频偏估计值为F_n；如果否，则F_reg保持不变，当前帧的频偏估计值F_n修改为F_n＝F_reg；

S105，重复步骤S102～S104，对所有帧的频偏估计值F_n进行调整。

进一步，步骤S103中，获取第n帧的信噪比估计值SNR_n，具体包括以下步骤：

S1032，从前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据 $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中导频数据总长为2M，由两个M长度的独特字数据组成；

S1033，对

进行快速傅里叶变换，得到 ${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

S1034，在中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...R\left(M\right)];$

S1035，计算σ²： ${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

S1036，得到信噪比估计 ${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

进一步，在步骤S1032之前，还包括：

S1031，对当前帧接收信号进行能量归一化处理。

进一步，上述步骤S102中，用前导块数据的自相关特性得到第n帧的频偏估计值F_n；包括以下步骤：

S1021、确定滑动窗的起始位置，滑动窗的长度为NL码元长度，初始计数值m为0；

S1022、将m加1，判断m是否小于等于预设的移动次数门限值M，若是，执行步骤b3，否则，执行步骤b5；

S1023、从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m，将滑动窗向后移动L码元长度后，从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m+1；

S1024、确定出R_m和R_m+1的相关值P_m，然后确定出相关值P_m的幅角X_m并予以记录，返回步骤b2；

S1025、对已记录的M个X_m值进行加权求和，将加权求和的结果除以相关长度L、2π和码元持续时间T的乘积得到频偏估计值F_n。

进一步，设置所述信噪比寄存器初始值为SNR_reg＝-100db。

进一步，设置所述频偏寄存器初始值F_reg＝0。

本发明有益效果如下：

本发明在估计信噪比时，针对SC-FDE系统的特点，在不改变数据帧结构的基础上，把用于信道估计的导频数据变换到频域，从而得到准确的信噪比估计值，利用信噪比估计值自适应调整频偏，很好的解决了低信噪比下频偏估计值出错的问题。同时，在处理前运用了能量归一化处理，简化了信噪比估计算法。

附图说明

图1为现有SC-FDE系统的数据帧结构示意图；

图2为本发明实施例一种基于信噪比估计的频偏调整方法的流程图；

图3为本发明实施例一种导频数据的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明是在现有频偏估计算法的基础上，根据SC-FDE系统特有的数据帧结构，引入了频偏自适应算法，算法简单，易于实现，在不改变SC-FDE系统的基础上，增加了一个频偏自适应模块，解决了无线信道下深衰落时刻频偏估计出错的问题。

如图2所示，本方案利用上一帧的频偏估计值作为先验数据，以当前帧信号的信噪比估计值作为自适应调整的参数来实现频偏估计自适应，具体包括以下步骤：

a、设置信噪比寄存器初始值为SNR_reg＝-100db，其对应的频偏寄存器初始值为F_reg＝0；计数器n＝0；信噪比寄存器初始值的设置原则是：先设置一个最不可靠的数，即无穷小的数值。

b、n＝n+1，利用前导块数据的自相关特性得到第n帧的频偏估计值F_n；

c、利用前导数据进行信道估计，得到第n帧的信噪比估计值SNR_n；

d、比较SNR_n与寄存器SNR_reg，如果SNR_n大于SNR_reg，则修改频偏寄存器F_reg＝F_n，当前帧频偏估计值仍为F_n；如果SNR_n小于等于SNR_reg，则F_reg保持不变，当前帧的频偏估计值修改为F_n＝F_reg；

返回b步骤。

上述步骤b中，用前导块数据的自相关特性得到第n帧的频偏估计值F_n；包括以下步骤：

b1、确定滑动窗的起始位置，滑动窗的长度为NL码元长度，初始计数值m为0；

b2、将m加1，判断m是否小于等于预设的移动次数门限值M，若是，执行步骤b3，否则，执行步骤b5；

b3、从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m，将滑动窗向后移动L码元长度后，从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m+1；

b4、确定出R_m和R_m+1的相关值P_m，然后确定出相关值P_m的幅角X_m并予以记录，返回步骤b2；

b5、对已记录的M个X_m值进行加权求和，将加权求和的结果除以相关长度L、2π和码元持续时间T的乘积得到频偏估计值F_n。

上述步骤中，步骤c还包括以下步骤：

c1，对当前帧接收信号进行能量归一化处理，只要经过现有的数字AGC(AUTO GAIN CONTROL，自动增益控制)芯片进行处理即可；

c2，从前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据(同时也是用于信道估计的导频数据) $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中导频数据总长为2M，由两个M长度的UW(Unique Word，独特字)数据组成，如图3所示。UW序列，即独特字序列，一般为chu、frank-zadaff、PN序列；

c3，对

进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换得到

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

c4，在

中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...R\left(M\right)];$

c5，计算σ²： ${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

c6，得到信噪比估计 ${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

由于接收信号的信噪比决定了频偏估计的精度，信噪比越高，频偏估计精度就越高，而信噪比越低，频偏估计精度就越低。在无线移动通信信道下，必然存在深衰落时刻，此时接收信号的信噪比很低，必然导致频偏估计值出错，这会严重影响接收机的可靠性，而SC-FDE系统对频偏更敏感，将会导致当前整帧数据完全出错。利用信噪比估计值的高低，可以判定当前帧的频偏估计值是否可靠，又由于在宽带低速移动无线信道下，多普勒频偏很小，频偏基本保持不变，因此完全可以利用高信噪比时对应的频偏估计值，来调整低信噪比时对应的频偏估计值。这种利用信噪比估计值的自适应方法就很好的解决了低信噪比下频偏估计值出错的问题。

信噪比估计值的准确性直接影响了自适应算法的可靠性。一般的噪声估计算法都是在时域完成的。本发明在估计信噪比时，针对SC-FDE系统的特点，在不改变数据帧结构的基础上，把用于信道估计的导频数据变换到频域，从而得到准确的信噪比估计值，同时在处理前运用了能量归一化处理，简化了信噪比估计算法。

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 (6)

1.一种基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S101，设置信噪比寄存器初始值SNR_reg，及其对应的频偏寄存器初始值F_reg；设置计数器n＝0；

S102，令n＝n+1，获取单载波频域均衡系统数据帧的第n帧的频偏估计值Fn；

S103，获取第n帧的信噪比估计值SNR_n；

S104，判断SNR_n是否大于SNR_reg，如果是，则修改频偏寄存器F_reg＝F_n，当前帧频偏估计值为F_n；如果否，则F_reg保持不变，当前帧的频偏估计值F_n修改为F_n＝F_reg；

S105，重复步骤S102～S104，对所有帧的频偏估计值F_n进行调整。

2.如权利要求1所述的基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，步骤S103中，获取第n帧的信噪比估计值SNR_n，具体包括以下步骤：

S1032，从前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据 $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中导频数据总长为2M，由两个M长度的独特字数据组成；

S1033，对

进行快速傅里叶变换，得到 ${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

S1034，在中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...R\left(M\right)];$

S1035，计算σ²： ${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

S1036，得到信噪比估计 ${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

3.如权利要求2所述的基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，在步骤S1032之前，还包括：

S1031，对当前帧接收信号进行能量归一化处理。

4.如权利要求1所述的基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，上述步骤S102中，用前导块数据的自相关特性得到第n帧的频偏估计值F_n；包括以下步骤：

S1021、确定滑动窗的起始位置，滑动窗的长度为NL码元长度，初始计数值m为0；

S1022、将m加1，判断m是否小于等于预设的移动次数门限值M，若是，执行步骤b3，否则，执行步骤b5；

S1023、从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m，将滑动窗向后移动L码元长度后，从滑动窗的起始位置开始连续选取NL码元长度的观测数据R_m+1；

S1024、确定出R_m和R_m+1的相关值P_m，然后确定出相关值P_m的幅角X_m并予以记录，返回步骤b2；

S1025、对已记录的M个X_m值进行加权求和，将加权求和的结果除以相关长度L、2π和码元持续时间T的乘积得到频偏估计值F_n。

5.如权利要求1所述的基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，设置所述信噪比寄存器初始值为SNR_reg＝-100db。

6.如权利要求1所述的基于信噪比估计的频偏调整方法，其特征在于，设置所述频偏寄存器初始值F_reg＝0。

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