CN103023845A - 一种ofdm系统中的频偏补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OFDM系统中的频偏补偿方法，包括：根据基站发送的同步信号计算频偏cfo_est；将接收数据分段，对于每一段内的接收数据，执行如下操作：根据所述频偏cfo_est计算该段内第一个接收数据的频偏因子，并对所述第一个接收数据进行频偏补偿；对于该段内除第一个接收数据之外的其他任一接收数据，将其前一个接收数据的频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}，作为所述任一接收数据的频偏因子，并利用该频偏因子对所述任一接收数据进行频偏补偿；其中，Nsc为当前系统中FFT的点数。应用本发明，能够大大降低频偏补偿的计算量。

Description

一种OFDM系统中的频偏补偿方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的频偏补偿技术，特别涉及一种OFDM系统中的频偏补偿方法。

背景技术

在OFDM移动通信系统中，终端与本小区基站之间的同步非常重要。由于终端的晶振和基站晶振的差异，终端和基站之间往往存在着频偏，如果不进行频偏准确校正，将会极大的影响OFDM系统的解调性能。

目前，OFDM系统终端进行频偏校正的主要步骤包括：

1、根据基站发送的同步信号计算出当前终端的频偏。

2、根据步骤1的结果，逐点对上行和下行的时域数据进行补偿。

现有技术方案中，在通过步骤1计算出频偏(记为cfo_est)以后，在步骤2中需要对接收数据进行补偿，具体在每个采样点上乘以相应的频偏因子e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}，从而实现频偏校正。其中cfo_index为数据的序号，Nsc为FFT的点数。

在上述步骤2进行补偿计算频偏因子时，因为其中含有指数计算，如果每个点都计算指数的话，计算量很大，需要消耗大量的时间和资源。

发明内容

本发明提供了一种OFDM系统中的频偏补偿方法，能够大大降低频偏补偿的计算量。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种OFDM系统中的频偏补偿方法，包括：

根据基站发送的同步信号计算频偏cfo_est；

将接收数据分段，对于每一段内的接收数据，执行如下操作：

根据所述频偏cfo_est计算该段内第一个接收数据的频偏因子，并对所述第一个接收数据进行频偏补偿；

对于该段内除第一个接收数据之外的其他任一接收数据，将其前一个接收数据的频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}，作为所述任一接收数据的频偏因子，并利用该频偏因子对所述任一接收数据进行频偏补偿；其中，Nsc为当前系统中FFT的点数。

较佳地，所述将接收数据分段为：将每16个接收数据分为一段。

较佳地，所述计算每一段内第一个接收数据的频偏因子为：e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}，其中，cfo_index为所述第一个接收数据在所有接收数据的序号。

较佳地，计算e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}的方式为：计算cfo_index*cfo_est/Nsc，取计算结果的小数部分与2π相乘，并根据四个象限的三角函数关系，将相乘结果映射成区间[0，π/4]内的角x，利用所述角x的正余弦值计算e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}。

较佳地，计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}的方式为：计算cfo_est/Nsc，取计算结果的小数部分与2π相乘，并根据四个象限的三角函数关系，将相乘结果映射成区间[0，π/4]内的角y，利用所述角y的正余弦值计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}。

较佳地，在计算所述正余弦值时，通过级数展开的方式计算。

由上述技术方案可见，本发明中，首先根据同步信号计算频偏；然后，将接收数据分段，计算每个段内第一个接收数据的频偏因子，对于每个段内的其他接收数据，将其前一个接收数据的频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}作为该接收数据的频偏因子；利用计算得到的频偏因子对接收数据进行频偏补偿。通过上述方式，在计算频偏因子时，仅需要对每段内的第一个接收数据的频偏因子采用指数计算，后面的频偏因子采用累乘的方式计算，极大简化了的频偏补偿的计算，降低了计算量，节省了大量资源。

附图说明

图1为内存中接收数据保存的示意图；

图2为本发明中频偏补偿方法的具体流程图；

图3为本发明实施例中的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的基本思想是：通过逐个累乘的方式替代频偏因子计算中的指数计算，从而降低计算量。

频偏校正之前数据已经接收完毕，其在内存中的位置如图1所示。根据同步信号，已经计算出当前的频偏值。接下来需要对内存中的数据乘以对应的频偏因子，达到频偏补偿的目的。

考虑到cfo_index为连续的整数，将点数据进行分段，对于每一段，只计算第一个点的频偏因子e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}的值，对剩余的点数据，采用逐个累乘delta＝e^{-j2π*cfo_est/Nsc}的方式求出相对应的e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}结果。显然，累乘的值只需要在频偏估计更新时，计算一次即可。

具体本发明中的频偏估计方法如图2所示，由图2可见，该方法包括：

步骤201，根据基站发送的同步信号计算频偏cfo_est。

步骤202，将接收数据进行分段。

具体每个段内包括的接收数据量可以根据实际情况确定。

这里给出一种优选的分段方式为：每段内包括16个点的接收数据。采用16点作为分段的每段长度，是因为根据仿真验证，此时的频偏补偿因子的计算结果的误差在可以接受范围内，且计算复杂度的减小明显，达到系统要求。

对于每个段内接收数据的频偏补偿，操作均相同，下面以其中一段为例进行描述。

步骤203，根据频偏cfo_est计算段内第一个接收数据的频偏因子，并对第一个接收数据进行频偏补偿。

对于段内第一个接收数据的频偏因子，可以按照现有的方式计算，即e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}，其中，cfo_index为段内第一个接收数据在所有接收数据的序号。

在计算e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}时，可以采用[0，2π]的周期性简化。具体计算时，可以首先计算(cfo_index*cfo_est/Nsc)，然后取其小数部分和2π相乘，这样得到的结果是[0，2π]区间内的角度。然后可以通过各象限三角函数关系找到一个位于[0，π/4]区间内的角x，使得e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}可以由角x的正余弦值转化得到。转化关系如表1所示。

表1

函数中的指数计算e^jx＝cos(x)+jsin(x)，在具体计算角度x的正余弦值时，可以采用级数展开的方式来计算。这种方法在保证精度的同时，将指数运算变成常规的乘加操作。与直接计算的方法能很大的降低运算量和复杂度。适合定点的DSP实现。将角x转化到[0，π/4]以后，由于x相对较小，可采用三角函数幂级数展开求得和值。即

$\cos x=1-\frac{1}{2!}{x}^2+\frac{1}{4!}{x}^4$

$\sin x=x-\frac{1}{3!}{x}^3$

步骤204，依次计算段内其他接收数据的频偏因子，并进行相应接收数据的频偏补偿。其中，每个接收数据的频偏因子均为其上一个接收数据频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}。

对于段内除第一个接收数据之外的其他接收数据，采用累乘的方式计算相应的频偏因子。具体地，每个接收数据的频偏因子均为其上一个接收数据频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}。

由于在每一段内，e^{-j2π*cfo_est/Nsc}只需要计算一次，在之后的计算中可以直接使用计算结果，因此能够大大降低频偏因子计算过程中的计算量。具体计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}时，也可以如步骤203中一样，将e^{-j2π*cfo_est/Nsc}转换为[0，π/4]区间内某一角度的正余弦值，并通过级数展开的方式计算。具体地，首先计算cfo_est/Nsc，取计算结果的小数部分与2π相乘，并根据四个象限的三角函数关系，将相乘结果映射成区间[0，π/4]内的角y，利用角y的正余弦值计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}。其中，角y的正余弦值可以通过级数展开的方式计算。

至此，本发明中的频偏补偿方法流程结束。下面以16个数据为一段为例，说明本发明的具体实现。

在实施计算的过程中，可以封装两个函数。一个函数作为总的频偏校正函数fcfo_cal，用来控制频偏校正的整个流程，即逐点的对内存中的接收数据或者发送数据乘以相对应的频偏因子，主要是循环控制和索引的计算和更新。另外一个函数是采用上述步骤203和204中的方式计算频偏因子ffreq_factor_cal。具体实现过程如图3所示，这里就不再赘述。

如上所述，本发明中的频偏补偿方法中，最基本地，通过对接收数据进行分段处理，每段内除第一个接收数据的频偏因子外，均采用在前一频偏因子基础上累乘一固定值的方式计算，因此大大降低了频偏因子计算中的计算量，从而大大简化了频偏补偿的处理。同时，优选地，在进行指数运算时，可以将指数运算映射到最小45度范围内角度的正余弦值计算，并且可以使用级数展开的形式计算相应正余弦值，能够在保证精度的同时，简化指数运算。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种OFDM系统中的频偏补偿方法，其特征在于，该方法包括：

根据基站发送的同步信号计算频偏cfo_est；

将接收数据分段，对于每一段内的接收数据，执行如下操作：

根据所述频偏cfo_est计算该段内第一个接收数据的频偏因子，并对所述第一个接收数据进行频偏补偿；

对于该段内除第一个接收数据之外的其他任一接收数据，将其前一个接收数据的频偏因子乘以e^{-j2π*cfo_est/Nsc}，作为所述任一接收数据的频偏因子，并利用该频偏因子对所述任一接收数据进行频偏补偿；其中，Nsc为当前系统中FFT的点数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将接收数据分段为：将每16个接收数据分为一段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算每一段内第一个接收数据的频偏因子为：e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}，其中，cfo_index为所述第一个接收数据在所有接收数据的序号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}的方式为：计算cfo_index*cfo_est/Nsc，取计算结果的小数部分与2π相乘，并根据四个象限的三角函数关系，将相乘结果映射成区间[0，π/4]内的角x，利用所述角x的正余弦值计算e^{-j2π*cfo_index*cfo_est/Nsc}。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}的方式为：计算cfo_est/Nsc，取计算结果的小数部分与2π相乘，并根据四个象限的三角函数关系，将相乘结果映射成区间[0，π/4]内的角y，利用所述角y的正余弦值计算e^{-j2π*cfo_est/Nsc}。

6.根据权利要求4或5所述的方法，在计算所述正余弦值时，通过级数展开的方式计算。

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