CN106789791B - 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法 - Google Patents

基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106789791B
CN106789791B CN201710112331.8A CN201710112331A CN106789791B CN 106789791 B CN106789791 B CN 106789791B CN 201710112331 A CN201710112331 A CN 201710112331A CN 106789791 B CN106789791 B CN 106789791B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sequence
training sequence
long training
offset estimation
symbol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710112331.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106789791A (zh
Inventor
刘健
袁亚林
纪新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201710112331.8A priority Critical patent/CN106789791B/zh
Publication of CN106789791A publication Critical patent/CN106789791A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106789791B publication Critical patent/CN106789791B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0024—Carrier regulation at the receiver end
    • H04L2027/0026—Correction of carrier offset

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法，发送端构建基于长训练序列的训练符号并构建发送符号进行发送，其中长训练序列由两个长度为L的相同序列构成，每个序列由序列A和B组成，且序列A和B呈共轭对称关系，接收端提取出两组序列A和B的接收信号并分别进行相乘操作，根据相乘结果得到两个频偏估计值，平均后得到最终的频偏估计值。本发明中设计了一种基于共轭对称序列的长训练序列，利用内部数据空间的改进，增大了长训练序列的可估计频偏范围，为频偏估计提供更多选择方案。

Description

基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法
技术领域
本发明属于载波频偏估计技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法。
背景技术
与单载波系统相比，在基于OFDM技术的多载波的通信系统中各子载波对载波频偏具有较高的敏感度，载波频率偏移对系统接收机性能的影响更大，所以，必须通过相关措施对载波频偏进行抑制，以保证系统性能。
图1是载波频偏对信号频谱的影响示意图。从图1可以看到，由于OFDM符号间具有正交性，当载波频率存在偏移时，OFDM符号的正交性会受到不利影响，在某符号峰值点取值时，相邻符号会对其造成干扰。而当不存在载波频率偏移时，某一符号的波峰刚好是相邻符号的波谷，因此就不会产生符号间干扰。
载波频率偏移的同步算法多种多样，按算法方式来分可以分为三类：数据辅助算法(基于加入到发送信号内部的辅助信息进行频偏估计与补偿)，非数据辅助算法(在接收端通过分析频域信号进行频偏估计)，基于循环前缀的载波同步算法(利用循环前缀进行频率偏移估计)。其中，数据辅助算法是一种非常有效的载波同步算法，这里的辅助数据主要指的是训练序列，这样做的好处就是，在OFDM帧中的有效数据部分来之前，就可使用最大似然估计对载波进行估计与补偿。
概括来讲，在时域上进行载波频偏校正的基本原理是依靠接收信号在时域上的辅助数据来实现的，采用最大似然算法来进行频偏估计，再根据估计的结果来纠正传输过程中造成的频偏。其具体频偏估计方法如下：
记经过无线信道后的基带接收信号为：
其中，n表示载波序号，xn表示发射信号，ftx表示发射端载频，yn表示接收端信号，Ts表示采样周期。
假设收发两端载波的频率偏差为Δfc＝ftx-frx，frx表示接收端载频，则接收端接收到的基带信号rn为：
按照OFDM帧结构，在前导部分存在重复的符号，在这里假设其长度为L，两个重复符号之间延时的采样点数为D，则将两个符号通过延时进行相关可得到：
其中，上标*表示共轭。
根据上式可以分析得到，如果从发射端到接收端信号没有发生载波频率偏移，则式中xn＝xn-D，即最终结果R会为一个确定的实数。由此可知，式(3)中的一项可体现载波频偏的影响，继而可得出载波频率偏差的估计值为：
其中，∠R为对R取角运算操作，D表示长训练序列中两个相同序列的延时采样点数，Ts表示接收信号的采样周期。
根据上述分析，如果R的值的范围在[-π,+π]中，则该算法能够估计出的频率偏差为：
其中，fs为相邻子载波的频率间隔。
由此可知，频偏算法可以估计的偏差范围与重复训练符号的长度之间存在关系。当符号长度与延时距离相等时，有：
因此，频率偏差最大为载波间隔的一半。
由上述推导可知，如果使用短训练序列来进行载波频偏估计，假设采样时间间隔为50ns，延时为16，所以，其可估算的最大频率偏差为：
如果使用长训练序列来进行载波频偏估计，若取样时间为50ns，延时为64，则其可估算的最大频率偏差：
综上所述，使用长训练序列与短训练序列进行频偏估计的精度是不同的，在实际应用中可以根据具体的需求灵活选用。对于对频偏估计精度要求不高的系统，只使用短训练序列进行估计与修正即可。对于一些对频偏估计精度要求较高的系统，可以采用先使用短训练序列进行粗估计，再使用长训练序列进行精确估计的方法来进行载波频偏估计。
在目前的载波频偏估计方法中，利用长训练序列和短训练序列的周期重复性可以很好进行载波频率偏差估计，从而对频偏进行补偿。然而经研究发现，目前载波频偏估计方法只利用了训练序列的外部重复性，而其内部的序列空间并没有被充分利用起来，造成了资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法，设计了一种基于共轭对称序列的长训练序列，通过对长训练序列内部序列空间进行改进来扩大长训练序列的适用范围，为频偏估计提供更多选择方案。
为实现上述发明目的，本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法包括以下步骤：
S1：发送端构建基于长训练序列的训练符号并构建发送符号进行发送，其中长训练序列由两个长度为L的相同序列构成，每个序列由序列A和B组成，且序列A和B呈共轭对称关系；
S2：接收端接收发送符号，提取出长训练序列中两组序列A和B的接收信号并去噪；
S3：接收端对两组序列A和B的接收信号分别进行相乘操作，得到结果
S4：接收端根据步骤S3计算得到的结果Ri，采用如下公式分别计算得到两个频偏估计值
其中，∠Ri表示对Ri取角运算操作；
对两个频偏估计值进行平均，可得频偏估计值
本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法，发送端构建基于长训练序列的训练符号并构建发送符号进行发送，其中长训练序列由两个长度为L的相同序列构成，每个序列由序列A和B组成，且序列A和B呈共轭对称关系，接收端提取出两组序列A和B的接收信号并分别进行相乘操作，根据相乘结果得到两个频偏估计值，平均后得到最终的频偏估计值。本发明中设计了一种基于共轭对称序列的长训练序列，利用内部数据空间的改进，增大了长训练序列的可估计频偏范围，为频偏估计提供更多选择方案。
附图说明
图1是载波频偏对信号频谱的影响示意图；
图2是本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法的具体实施方式流程图；
图3是本实施例中发送符号结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图2是本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法的具体实施方式流程图。如图2所示，本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法的具体步骤包括：
S201：发送包含共轭对称训练序列的发送符号：
发送端构建基于长训练序列的训练符号并构建发送符号进行发送，其中长训练序列由两个长度为L的相同序列构成，每个序列由序列A和B组成，且序列A和B呈共轭对称关系，即那么两个由序列A和B组成的长度为L的序列满足下式：
其中，i＝1,2，分别表示第1个和第2个长度为L的序列。
本实施例中借鉴S&C算法中训练序列的结构构建发送符号。图3是本实施例中发送符号结构图。
S202：接收端接收提取训练符号接收信号：
接收端接收发送符号，提取出长训练序列中两组序列A和B的接收信号并去噪。
序列A和序列B接收信号的表达式可以表示如下：
其中，ηi(n)和ηi(L/2-n)表示噪声信号。
S203：接收端对训练符号接收信号进行处理：
接收端对两组序列A和B的接收信号分别进行相乘操作，得到结果
根据式(10)和式(11)，可得结果Ri计算公式如下：
由于序列A和B存在共轭特性关系，所以有：
由于频率偏移的存在，所以Ri不为实数，在式(13)中，exp(-jπΔfcLTs)可表现载波频偏的影响，从而可以估计得到频偏。
S204：接收端计算频偏估计值：
接收端根据步骤S203计算得到的结果Ri，采用如下公式分别计算得到两个频偏估计值
其中，∠Ri表示对Ri取角运算操作，D表示长训练序列中两个相同序列的延时采样点数，Ts表示接收信号的采样周期。
对两个频偏估计值进行平均，可得频偏估计值
显然，如果Ri的取值在[-π,+π]之间，则该算法能够估计出的最大频率偏差为：
其中，fs为相邻子载波的频率间隔。
由此可以看出，频偏算法可估计的偏差范围与重复符号的长度之间存在关系。当符号长度与延时距离相等时，有：
由此式可知，频率误差最大时可与载波间隔相等。
由于本发明采用的是长训练序列，那么同样假设采样间隔时间为50ns，D＝64，因此，此时可估算本发明的最大频率偏差：
根据以上说明可知，本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法是基于长训练序列来进行载波频偏估计的，其可估计的最大频率偏差是采用传统长训练序列的2倍。此外，本发明中虽然对帧结构中的长训练序列部分进行了重新划分定义，但从整体上并未改变两段长训练序列的周期性，因此本发明所提出的训练符号结构对基于长训练序列周期性的传统载波同步算法也完全适用。以本实施例中所列参数为例，采用本发明结合传统的载波频偏估计方案，可以形成最大估计偏差分别为615kHz、312.5kHz、156.2kHz的三种偏差估计体系，提高载波频偏估计的灵活性，为实际移动通信系统提供更多可选的频偏估计方案。在现有的移动通信系统中，通常会先使用短训练序列进行粗估计，如果估计得到的频偏在长训练序列估计范围(0～156.2kHz)内，就再使用长训练序列进行精确估计。而采用本发明，可以直接采用长训练序列完成0～312.5kHz范围内的频偏精确估计，从而扩大了长训练序列的适用范围。也就是说，对于预计频偏在312.5kHz以内的系统，可以直接采用长训练序列进行频偏估计，从而降低接收端的处理复杂度。
与此同时，由于本发明基于共轭对称训练序列的移动通信系统频偏估计方法是完全基于接收信号自身的，其不需要提前在本地存储长训练序列信息，因此其对接收端的硬件要求也大大降低。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发送端构建基于长训练序列的训练符号并构建发送符号进行发送，其中长训练序列由两个长度为L的相同序列构成，每个序列由序列A和B组成，且序列A和B呈共轭对称关系；
S2：接收端接收发送符号，提取出长训练序列中两组序列A和B的接收信号并去噪，其中，i＝1,2，分别表示第1个和第2个长度为L的序列；
S3：接收端对两组序列A和B的接收信号分别进行相乘操作，得到结果
S4：接收端根据步骤S3计算得到的结果Ri，采用如下公式分别计算得到两个频偏估计值
其中，∠Ri表示对Ri取角运算操作，D表示长训练序列中两个相同序列的延时采样点数，Ts表示接收信号的采样周期；
对两个频偏估计值进行平均，可得频偏估计值
CN201710112331.8A 2017-02-28 2017-02-28 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法 Expired - Fee Related CN106789791B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710112331.8A CN106789791B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710112331.8A CN106789791B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106789791A CN106789791A (zh) 2017-05-31
CN106789791B true CN106789791B (zh) 2019-08-20

Family

ID=58959709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710112331.8A Expired - Fee Related CN106789791B (zh) 2017-02-28 2017-02-28 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106789791B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111277524B (zh) * 2020-01-20 2022-07-22 广州全盛威信息技术有限公司 一种应用于ism频段的自适应频偏补偿方法及装置
CN112910816B (zh) * 2021-01-15 2022-03-18 西安电子科技大学 基于相位加权共轭对称的滤波器组多载波定时同步方法
CN113009413A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 西安电子科技大学 基于正交频分复用波形的网络节点间测距方法
CN113938367B (zh) * 2021-09-30 2023-09-26 中国船舶集团有限公司第七二四研究所 利用相位差逐次逼近的sc-fde系统频偏估计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101291316A (zh) * 2008-03-05 2008-10-22 中科院嘉兴中心微系统所分中心 一种应用于无线中程传感网络的afc装置
CN102347926A (zh) * 2011-09-26 2012-02-08 豪威科技(上海)有限公司 载波频率捕获方法及装置
CN105141562A (zh) * 2015-06-23 2015-12-09 深圳市金溢科技股份有限公司 通信系统及其同步方法
CN105763239A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 深圳市极致汇仪科技有限公司 一种用于综测仪的隐式波束赋形测试校准方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8644363B2 (en) * 2006-12-31 2014-02-04 Intellectual Discovery Co., Ltd. Apparatus and method for estimating channel in MIMO system based OFDM/OFDMA

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101291316A (zh) * 2008-03-05 2008-10-22 中科院嘉兴中心微系统所分中心 一种应用于无线中程传感网络的afc装置
CN102347926A (zh) * 2011-09-26 2012-02-08 豪威科技(上海)有限公司 载波频率捕获方法及装置
CN105141562A (zh) * 2015-06-23 2015-12-09 深圳市金溢科技股份有限公司 通信系统及其同步方法
CN105763239A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 深圳市极致汇仪科技有限公司 一种用于综测仪的隐式波束赋形测试校准方法及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"一种新的低复杂度信道估计算法";韩艳春，刘红云，钟雪锋;《电讯技术》;20120716;第52卷(第4期);第478-482页
"下一代无线通信系统中的时频同步技术研究";张渭乐;《中国优秀博士学位论文全文数据库信息科技辑》;20150701;全文
"新型宽带无线通信系统的同步算法研究";傅煜，刘健;《科学技术创新》;20121111(第27期);第111-111页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106789791A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106789791B (zh) 基于共轭对称训练序列的移动通信系统载波频偏估计方法
JP2014200030A (ja) 受信機および同期補正方法
CN104052555B (zh) 一种ofdm系统下无线信道多径参数估计的方法
CN105187352A (zh) 一种基于ofdm前导的整数频偏估计方法
Zhang et al. Radar sensing via otfs signaling: A delay doppler signal processing perspective
JP6612106B2 (ja) シングルキャリアｍｉｍｏ送信装置及びシングルキャリアｍｉｍｏ受信装置
US20150208427A1 (en) Receiver and receiving method
CN104796370A (zh) 一种水声通信的信号同步方法、系统及水声通信系统
EP2838208B1 (en) Synchronization and equalization combined design method and device for microwave system
CN105847192B (zh) 一种动态稀疏信道的联合估计方法
CN107276654B (zh) 信号处理方法和系统
CN103841074A (zh) 一种基于fpga并行处理的超宽带接收机同步方法
Lien et al. Extended Kalman filter for channel and carrier frequency offset estimation
CN108337198A (zh) 用于滤波多音调制技术的信道估计方法
WO2016119457A1 (zh) 一种频偏估计方法及装置、计算机存储介质
CN107294889B (zh) 载波同步方法和装置
CN107276940B (zh) 定时同步方法、装置和系统
CN107276925B (zh) 信道估计方法和装置
CN107453853B (zh) 一种导频传输的方法及设备
CN107277913B (zh) 定时同步方法、装置和系统
CN107294883B (zh) 信道估计方法和装置
CN111277521A (zh) 一种单载波频域均衡系统的信道估计与滤噪方法
CN107276927B (zh) 信道估计方法和装置
CN107276740B (zh) 定时同步方法、装置和系统
CN107294882B (zh) 信道估计方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190820

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee