CN102752251B - Ofdm和ofdma系统基带残留频偏计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法和装置，其中该方法包括：从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。本发明解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。

Description

OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)和OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access，正交频分多址)系统基带残留频偏计算方法和装置。

背景技术

定时同步在通信系统中占据非常重要的地位。对于单载波通信系统来说，载波频率偏移只会对接收信号造成一定的衰减和相位旋转，这可以通过均衡等方法来加以克服。但是对于以OFDM&OFDMA技术为基础的第4代多载波通信系统而言，载波频率偏移会导致传输数据的子载波之间互相干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)，因而对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一。

对于这种频率偏差，可以分为两种情况来讨论：

如图1所示，n是一个整数，所以nω_s表示频率偏移量是载波之间间隔的整数倍部分，也称之为“粗”频率偏移部分，而δω₀的绝对值不超过载波之间间隔的一半，因此称为“细”频率偏移部分。

由图1可以看出，粗频率偏移将使接收信号在频率上偏移几个载波间隔，但并不破坏OFDM子载波的正交性，也就是说，载波之间并没有能量的泄露。考虑到实际的OFDM系统，通常都在频带边缘设有保护带，只要粗频率偏移的大小没有超出保护带的范围，接收侧并不会丢失任何的信息，通过某种手段即可恢复全部的发射信息。

δω₀所表示的不超过载波间隔的一半的频率偏移，即细频率偏移部分，可以看到，细频率偏移破坏了OFDM传输系统子载波之间的正交性，引入了载波间干扰(Inter-CarrierInterference，ICI)，将会使OFDM系统性能受到较大的影响。

产生如上的载波频率偏移的原因很多，如本地振荡器(Localized oscillator，LO)的频率误差或者信号在前端接收处理时产生的频率偏差等。

基带残留频偏在OFDM系统中的位置如图2所示：

现有的OFDM系统，校正频偏的方法通常是在接收机的前端集中处理，也就是在载波调制解调时的载波同步中进行处理，通过一定的训练符号来估计并校正频偏，其校正的效果受到各种因素的影响，其性能往往得不到保证。也就是说，在基带处理的后端系统往往带有一部分的残留频偏，即快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)之后，产生的残留频偏并未被处理。

而这些残留频偏对系统性能的影响情况往往是不确定的，若该残留频偏较大，则可能直接造成较严重的ICI，影响系统性能，若该残留频偏不大，由于实际系统的载波同步不是每个OFDM符号都进行的，因而在一段OFDM符号内，某个固定的载波频偏可能导致相位误差的累积，影响诸如信道估计等模块的性能，因而在基带处理时，有必要通过某些技术手段，检测估计出基带信号的残留频偏，并予以矫正或补偿。

图3示出了上行小区间干扰示意图，如图3所示，对基带信号做进一步的残留频偏估计，其难点在于没有专用的同步参考符号可以使用，需要使用数据的解调参考符号(导频)来进行。然而，在实际的蜂窝通信系统中，导频符号上除了存在热噪声以外，往往还有来自于其他小区的干扰存在，现有的频偏估计算法，只考虑了噪声的影响，在干扰受限的场景下，性能恶化严重。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法和装置，以解决在干扰受限的场景下不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法，该方法包括：从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括：对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括：对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱；使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。

通过以下公式使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏：△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)，其中，△θ为基带残留频偏所对应的相位差，其中相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；Idx为频率谱的峰值对应的索引号；N为预设值。

从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：从分解得到的特征值中选择最小特征值，得到最小特征值对应的特征向量v_n；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[v_n-M+1 ... v_n-1 v_n]；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v_n-M+1 ... α_M-1v_n-1 α_Mv_n]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：从分解得到的特征值中选出最大的M个特征值，根据最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v₁ α₂v₂ ... α_Mv_M]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^{2 ωj} ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的值P_i中的最大值P_max所对应的索引号。

使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算之后，进行数据传输。

根据本发明的另一方面，提供了一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算装置，该装置包括：提取单元，用于从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；第一计算单元，用于根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；第二计算单元，用于使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

第二计算单元包括：平均模块，用于对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；计算模块，用于使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

计算模块包括：分解子模块，用于对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；第一计算子模块，用于从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱；第二计算子模块，用于使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。

第二计算子模块通过以下公式使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏：△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)，其中，△θ为基带残留频偏所对应的相位差，其中相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；Idx为频率谱的峰值对应的索引号；N为预设值。

通过本发明，采用了计算角频率相关矩阵，并通过角频率相关矩阵计算基带残留频偏，解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的OFDMA系统频率偏移示意图；

图2是根据相关技术的基带残留频偏位置示意图；

图3是根据相关技术的上行小区间干扰示意图；

图4是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法的一种物理资源块示意图；

图5是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算装置的优选结构框图；

图6是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法的优选流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图4是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法的一种物理资源块示意图；由图4可以看出，在本发明适用的OFDM和OFDMA系统中，用户在无线资源帧结构中占据的时频资源由S(S为自然数)个物理资源单元构成，其中一个物理资源单元在时域上占据多个连续的OFDM符号，在频域上占据多个连续的子载波。

在上述物理资源单元中，发射侧在其中的某些子载波中发射了一定数量的参考符号(以下将统一使用导频来代替参考符号)，接收侧已知这些导频的位置，在这些导频位置对应的接收信号中，不仅包含受到信道衰落影响的原始发射符号(接收侧已知)分量，也包含有干扰和噪声分量。

以下从实际的蜂窝小区干扰受限的场景出发，在强干扰环境(低信干噪比)下，根据上述受到干扰和噪声污染的导频符号，对基带信号进行残留频偏精确计算进行进一步说明。

实施例1

图5是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算装置的优选结构框图，该装置包括：依次连接的提取单元502、第一计算单元504和第二计算单元506，其中，

提取单元502从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；

第一计算单元504根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；

第二计算单元506使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

在本优选实施例中，采用了计算角频率相关矩阵，并通过角频率相关矩阵计算基带残留频偏，解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。

优选的，第二计算单元506包括：依次连接的平均模块5061和计算模块5062，平均模块5061对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；计算模块5062使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。在本优选实施例中，采用平均角频率相关矩阵计算基带残留频偏，简化了计算流程，保证计算的正确性。当然，本发明并不局限于通过平均角频率相关矩阵来计算基带残留频偏，还可以预先设置参数来选择合适的角频率相关矩阵计算基带残留频偏等，当然，本发明还不局限于采用加权平均的方法对角频率相关矩阵进行处理，还可以包括设置函数计算角频率相关矩阵等。

优选的，计算模块5062包括：依次连接的分解子模块50621、第一计算子模块50622和第二计算子模块50623，分解子模块50621对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；第一计算子模块50622从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱；第二计算子模块50623使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。在本优选实施例中，通过简化了计算方法的同时保证了计算的精确性。

优选的，第二计算子模块通过以下公式使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏：△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)，其中，△θ为基带残留频偏所对应的相位差，其中相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；Idx为频率谱的峰值对应的索引号；N为预设值。在本优选实施例中，采用频率谱峰值对应的索引号计算基带残留频偏，简化并方便了计算。

以下结合附图来详细描述OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算装置的工作过程。

图4所示，假设待估计物理资源单元包括n个，图5中的各个单元均设置在基站侧，提取单元502对接收到的基带信号，进行解导频操作后，提取出当前待估计资源块中的导频符号，如图4所示的导频结构，取当前待估计物理资源单元1，载波1的导频符号，构成待运算矢量P¹，即

p¹＝[p_1,1 p_1,3 ... p_1,19]^T

同时载波2的导频符号，构成待运算矢量P²，即

p²＝[p_2,1 p_2,3…p_2,19]^T

第一计算单元504计算物理资源单元1的角频率相关矩阵为

R₁＝p¹·(p¹)^H+p²·(p²)^H

取待估计物理资源单元2，重复上述步骤，计算其对应的角频率相关矩阵R₂，再选择另一个待估计物理资源单元，继续重复上述步骤，直至n个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵全部计算完毕。

平均模块5061对计算获得的n个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵进行加权平均，R＝γ₁R₁+γ₂R₂+...+γ_nR_n，优选的，取这里，||R||₂表示R矩阵的2范数。

分解子模块50621对R矩阵进行特征值分解，即

R＝U·∑·U^H

其中，U为特征值分解得到的特征向量矩阵，∑为对角阵，其元素为λ₁,λ₂,...,λ_n为R矩阵的n个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_n。

对于第一计算子模块50622如何计算频率谱，本实施例提供以下四种可选的操作。

1)操作1：

第一计算子模块50622从分解得到的特征值中选择最小特征值，得到该最小特征值对应的特征向量v_n；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

例如：如图4所示，取最小特征值λ_n对应的特征向量v_n，其中v_n为特征向量矩阵U中的一列，构造如下计算公式

$P=e\·v_n\·v_n^H\·e^H$

其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]。

计算上述ω值，优选的，可以令N＝512。其中确定一个i值，计算对应的ω值，其中计算对应的P值。即

$P_i=e_i\·v_n\·v_n^H\·e_i^H$

从上述计算的所有P值中找出最小值P_min所对应的索引Idx，即P_idx＝P_min。

按如下公式计算基带残留频偏

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)。

2)操作2：

第一计算子模块50622从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[v_n-M+1 ... v_n-1 v_n]；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

例如：如图4所示，取最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，即

v＝[v_n-M+1 ... v_n-1 v_n]，其中v为特征向量矩阵U中的几列；

构造如下计算表达式

P＝e·v·v^H·e^H

其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]。

计算ω值,其中优选的，可以令N＝256确定一个i值，计算对应的ω值，其中计算对应的P值。即

$P_i=e_i\·v_n\·v_n^H\·e_i^H$

从上述步骤计算的所有P值中找出最小值P_min所对应的索引Idx，即P_idx＝P_min。

按如下公式计算基带残留频偏

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)。

3)操作3：

第一计算子模块50622从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v_n-M+1 ... α_M-1v_n-1 α_Mv_n]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

例如：如图4所示，取最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，即

v＝[α₁v_n-M+1 ... α_M-1v_n-1 α_Mv_n]，其中v为特征向量矩阵U中的几列；

构造如下计算表达式

P＝e·v·v^H·e^H

其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，α₁,α₂,...,α_M为常系数。优选地，取

计算ω值并给定N值，优选的，可以令N为128。其中确定一个i值，计算对应的ω值，其中计算对应的P值。即

$P_i=e_i\·v_n\·v_n^H\·e_i^H$

从上述计算的所有P值中找出最小值P_min所对应的索引Idx，即P_idx＝P_min。

按如下公式计算基带残留频偏

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)。

4)操作4：

第一计算子模块50622从分解得到的特征值中选出最大的M个特征值，根据最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v₁ α₂v₂ ... α_Mv_M]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最大值P_max所对应的索引号。

例如：如图4所示，取最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，即

v＝[α₁v₁ α₂v₂ ... α_Mv_M]，其中v为特征向量矩阵U中的几列；

构造如下计算表达式

P＝e·v·v^H·e^H

其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，α₁,α₂,...,α_M为常系数。优选地，取α₁＝λ₁,α₂＝λ₂,...,α_M＝λ_M。

计算ω值并给定N值，优选的，可以令N为1024。其中确定一个i值，计算对应的ω值，其中计算对应的P值。即

$P_i=e_i\·v_n\·v_n^H\·e_i^H$

从上述计算的所有P值中找出最大值P_max所对应的索引Idx，即P_idx＝P_max。

按如下公式计算基带残留频偏

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)。

优选的，使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算之后，进行数据传输。在本优选实施例中，对基带残留频偏进行准确计算和校正之后进行数据传输，保证了系统的稳定性。

实施例2

图6是根据本发明实施例OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法的优选流程图，该方法包括：

S602，从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；

S604，根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；

S606，使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

在本优选实施例中，采用了计算角频率相关矩阵，并通过角频率相关矩阵计算基带残留频偏，解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。

优选的，使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括：对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。在本优选实施例中，采用平均角频率相关矩阵计算基带残留频偏，简化了计算流程，保证计算的正确性。当然，本发明并不局限于通过平均角频率相关矩阵来计算基带残留频偏，还可以预先设置参数来选择合适的角频率相关矩阵计算基带残留频偏等，当然，本发明还不局限于采用加权平均的方法对角频率相关矩阵进行处理，还可以包括设置函数计算角频率相关矩阵等。

优选的，使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括：对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱；使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。在本优选实施例中，通过简化了计算方法的同时保证了计算的精确性。

优选的，通过以下公式使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏：△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)，其中，△θ为所述基带残留频偏所对应的相位差，其中相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；Idx为所述频率谱的峰值对应的索引号；N为预设值。在本优选实施例中，采用频率谱峰值对应的索引号计算基带残留频偏，简化并方便了计算。

以下结合附图来详细描述OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法的流程：

如图4所示，假设待估计物理资源单元包括n个，包含有导频子载波(黑色)和数据子载波(白色)，从导频子载波上的接收信号中提取待估计物理资源单元的导频符号，即抽取待估计物理资源块中的导频子载波的响应该物理资源块中包含N_p个导频。这些导频子载波通常具有时域和频域两个维度，在OFDMA通信系统中，将这两个维度进行编号索引，将第x个时域维度称为第x个OFDMA符号，将第y个频域维度称为第y个OFDMA载波。提取当前待估计资源块中的N_p个导频子载波的响应，这N_p个导频子载波来自于K个不同的OFDMA符号，K大于等于2。

根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵，即对于每个导频子载波，如果已经完成解导频操作，则该步骤直接跳过，否则，将导频子载波上的接收信号与导频子载波上发送的导频信号的共轭相乘得到解扰导频数据：其中p^*(i)表示当前数据流对应导频子载波上发送的信号的共轭。

上述步骤获得的解导频后的数据，构造角频率相关矩阵R，这里所获得的R矩阵为n*n的共轭对称矩阵。根据解导频后的导频数据构造角频率相关矩阵，其基本方法和原则为，在当前待估计资源块中，选择具有相同OFDMA载波，等间隔OFDMA符号的导频数据构成一组响应矢量[p₁ p₂ ... p_n]，等间隔OFDMA符号，即一组响应中的第i个响应p_i和第j个响应p_j，假定j≤i，则S_i-S_j＝β·(i-j)，其中β为常数，S_i表示第i个响应对应的OFDMA符号索引；构造角频率相关矩阵，根据上述原则将所有导频响应都构成形式，若总共构成了K组这样的响应矢量，即则其中，Pⁱ表示第i组响应矢量对应的列矢量形式。

重新选择另一待估计资源块，重复步骤上述，获得相应的角频率相关矩阵，并对所有获得的角频率相关矩阵进行加权平均。对所有待估计资源块构造的角频率相关矩阵进行加权平均，即R＝γ₁R₁+γ₂R₂+...+γ_nR_n，其中，优选的，取||R||₂表示R矩阵的2范数。

获得平均角频率相关矩阵R，并对R矩阵进行特征值分解，即R＝U·∑·U^H其中，U为特征值分解得到的特征向量矩阵，∑为对角阵，其元素λ₁,λ₂,...,λ_n为R矩阵的n个特征值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_n。

本实施例提供以下四种可选的从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的方法，当然，本发明并不局限于下列四种方法。

方法1：

从分解得到的特征值中选择最小特征值，得到最小特征值对应的特征向量v_n，例如：取最小特征值λ_n对应的特征向量v_n，其中v_n为特征向量矩阵U中的一列；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ...e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

方法2：

从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，其中v为特征向量矩阵U中的几列，v＝[v_n-M+1 ... v_n-1 v_n]；通过以下公式计算频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ...e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

方法3：

从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，其中v为特征向量矩阵U中的几列，v＝[α₁v_n-M+1 ... α_M-1v_n-1 α_Mv_n]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最小值P_min所对应的索引号。

方法4：

从分解得到的特征值中选出最大的M个特征值，根据最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，其中v为特征向量矩阵U中的几列，v＝[α₁v₁ α₂v₂ ... α_Mv_M]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱值中的最大值P_max所对应的索引号。

优选的，使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算之后，进行数据传输。在本优选实施例中，对基带残留频偏进行准确计算和校正之后进行数据传输，保证了系统的稳定性。

以下基于具体的数据来描述上述各个实施例中的计算方法：

假定当前待估计资源块数目为6，每个待估计资源块中都包含1组导频，导频数目为4，其频域载波索引相同，时域符号索引相邻。

那么，若采用上述的方法1计算基带残留频偏所对应的相位差，则可以按照如下方法进行：

首先，选择一个待估计资源块，从中取出上述4个导频响应，即y₁,y₂,y₃,y₄。完成解导频操作，即用已知的导频原始发射符号与接收符号的共轭相乘，即获得解导频后的响应，即x₁,x₂,x₃,x₄。

构造角频率相关矩阵，即

$R_1=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cccc}{x}_1^{*}& x_2^{*}& x_3^{*}& x_4^{*}\end{array}\right]$

再选择另一个待估计资源块，重复上述操作，得到角频率相关矩阵R₂，继续重复，直到6个待估计资源块全部完成角频率相关矩阵的计算，获得R₁,R₂,...,R₆。

对所获得的6个R矩阵进行加权平均，其中权值取各矩阵的2范数，即

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{R_1}{\left|\right|R_1|{|}_2}+\frac{R_2}{\left|\right|R_2|{|}_2}+...+\frac{R_6}{\left|\right|R_6|{|}_2}$

获得平均角频率相关矩阵

对矩阵进行特征值分解，即

$\stackrel{\‾}{R}=U\·\mathrm{\Σ}\·U^H$

其中，∑为对角阵，其对角线元素为顺序由大至少的4个特征值。选择其最小特征值对应的特征矢量，构造v矩阵，即λ₁≥λ₂≥λ₃≥λ₄。选择λ₄对应的特征矢量u₄，构造v矩阵，即

v＝u₄

同时，取定N＝512，令i取从-256到+255，每确定一个i值，求得计算

$P_i=e_i\·v_n\·v_n^H\·e_i^H$

其中，e_i＝[1 e^jω e^2jω e^3jω]。待计算完成所有的P_i值后，取其中的最大值，假如最大值对应的索引i值为-100，则相应的相位差为

△θ＝2·π·(1/512)·(-100-1)

对于采用方法2-4计算基带残留频偏所对应的相位差时，同样可以按照上述方法进行计算，在此不再赘述。当然，上述具体的计算过程也适用于实施例1中的4种操作。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：采用了计算角频率相关矩阵，并通过角频率相关矩阵计算基带残留频偏，解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种正交频分复用OFDM和正交频分多址OFDMA系统基带残留频偏计算方法，其特征在于，包括：

从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；

根据提取出的所述导频符号计算每个所述待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；

对S个所述角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；

使用所述平均角频率相关矩阵对所述基带残留频偏进行计算。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用所述平均角频率相关矩阵对所述基带残留频偏进行计算的步骤包括：

对所述平均角频率相关矩阵进行特征值分解；

从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述一个或多个特征值对应的特征向量计算频率谱；

使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，通过以下公式使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏：

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)

其中，△θ为所述基带残留频偏所对应的相位差，其中所述相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；

Idx为所述频率谱的峰值对应的索引号；

N为预设值。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：

从分解得到的所述特征值中选择最小特征值，得到所述最小特征值对应的特征向量v_n；

通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，

其中，所述频率谱的峰值对应的索引号为所有所述频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：

从分解得到的所述特征值中选出最小的M个所述特征值，根据所述最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[v_n-M+1 ... v_n-1 v_n]；

通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，

其中，所述频率谱的峰值对应的索引号为所有所述频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

6.根据权利要求3的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：

从分解得到的所述特征值中选出最小的M个所述特征值，根据所述最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v_n-M+1 ... α_M-1v_n-1 α_Mv_n]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；

通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，

其中，所述频率谱的峰值对应的索引号为所有所述频率谱的值P_i中的最小值P_min所对应的索引号。

7.根据权利要求3的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括：

从分解得到的所述特征值中选出最大的M个所述特征值，根据所述最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵v，v＝[α₁v₁ α₂v₂ ... α_Mv_M]，其中，α₁,α₂,...,α_M为预设值；

通过以下公式计算所述频率谱的值P_i：其中，e＝[1 e^ωj e^2ωj ... e^(n-1)ωj]，

其中，所述频率谱的峰值对应的索引号为所有所述频率谱的值P_i中的最大值P_max所对应的索引号。

8.根据权利要求2的方法，其特征在于，使用计算得到的S个所述角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算之后，进行数据传输。

9.一种正交频分复用OFDM和正交频分多址OFDMA系统基带残留频偏计算装置，其特征在于，包括：

提取单元，用于从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；

第一计算单元，用于根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；

第二计算单元，用于使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于，第二计算单元包括：

平均模块，用于对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；

计算模块，用于使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于，计算模块包括：

分解子模块，用于对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；

第一计算子模块，用于从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱；

第二计算子模块，用于使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于，所述第二计算子模块通过以下公式使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏：

△θ＝2·π·(1/N)·(Idx-1)

其中，△θ为所述基带残留频偏所对应的相位差，其中所述相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；

Idx为所述频率谱的峰值对应的索引号；

N为预设值。