CN110602015B - 一种ofdm系统中多普勒频偏补偿、信号发送方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种OFDM系统中多普勒频偏补偿、信号发送方法及装置，应用于接收设备，包括：根据OFDM信号中预设序列的实际相位值与预设相位值的差异确定第一多普勒频偏；利用第一多普勒频偏进行频偏补偿得到第一补偿OFDM信号；计算第一多普勒频偏的方差；在方差大于预设方差时对第一补偿OFDM信号的重复序列进行两两自相关，得到自相关函数；根据自相关函数计算概率密度函数，对概率密度函数进行最大似然估计确定第二多普勒频偏；利用第二多普勒频偏进行频偏补偿得到目标信号。应用于发射设备，包括：获取待发送OFDM信号；设置预设OFDM符号；发送设置后的信号。采用本发明实施例，可以提高多普勒频偏估计的准确度。

Description

一种OFDM系统中多普勒频偏补偿、信号发送方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种OFDM系统中多普勒频偏补偿、信号发送方法及装置。

背景技术

当无线信号接收端与无线信号发射端之间存在相对运动时，无线信号接收端接收的信号的频率与无线信号发射端发送的源信号的频率会出现差异，这种现象称为多普勒效应。无线信号接收端接收的信号的频率与源信号的频率之差称为多普勒频偏。由于多普勒频偏的存在，无线信号接收端接收的信号通常会出现信号干扰、信号失真或数据丢失等问题，影响无线通信的质量，因此需要对无线信号接收端接收的信号进行多普勒频偏补偿。

在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统中，无线信号发射端发送的每个OFDM信号包括多个OFDM帧，每个OFDM帧包括多个彼此正交的OFDM符号。为了防止每个OFDM符号之间出现干扰，可以将每个OFDM符号尾部的信号搬移到头部构成循环前缀。根据OFDM系统中帧结构的以上特点，相关技术中，可以根据每个OFDM符号的循环前缀确定OFDM系统的多普勒频偏。

具体来说，在无线信号接收端接收到OFDM信号后，可以对OFDM信号中每个OFDM符号与其循环前缀进行互相关，得到互相关函数，然后对该自相关函数进行最大似然估计，得到多普勒频偏估计值，进而根据多普勒频偏估计值对无线信号接收端接收的OFDM信号进行多普勒频偏补偿。

由于通过上述方式确定的多普勒频偏估计值不够准确，所以根据上述多普勒频偏估计值进行多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率较低，影响无线通信的质量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法及装置，以提高多普勒频偏估计的准确度。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，应用于接收设备，所述方法包括：

接收发射设备发送的OFDM信号，其中，所述OFDM信号中每帧OFDM信号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；

利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；

计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

判断所述方差是否大于预设方差；

如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

可选的，在所述方差不大于所述预设方差时，所述方法还包括：

将所述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号。

可选的，所述根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏的步骤，包括：

根据公式

确定所述每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏；

其中，ε₁为所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏值，N为所述预设OFDM符号的长度，N₁为所述每个重复序列的长度，N₂为所述预设序列的长度，Y_k表示上述OFDM信号，

为所述预设序列的实际相位值的加和。

可选的，所述对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数的步骤，包括：

根据公式

确定所述自相关函数；

其中，y^～(k)表示所述第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，m为采样间隔数，m＝0,1,…,L₁-1,N为所述预设OFDM符号的长度，N₁为所述每个重复序列的长度，σ_s ²表示所述每帧第一补偿OFDM信号的信号方差，ε₂表示所述每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏。

可选的，所述根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数的步骤，包括：

根据公式

确定所述概率密度函数；

其中，f(y^-|ε₂)为所述概率密度函数，y^～(k)表示所述第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，N₁为所述每个重复序列的长度，ε₂表示所述每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，y^-(k)＝{y^～(k)|k＝0,1,…,N-1}，N为所述预设OFDM符号的长度。

所述对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏的步骤，包括：

根据公式

确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

其中，ε₂^为所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。

可选的，所述计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差的步骤，包括：

根据公式

确定预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

其中，σ_est ²为所述预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，q为所述预设数量，ε_1,为第a帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏，a＝0,1,…,q-1，ε₁ ^-为q帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的平均值。

第二方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统中信号发送方法，应用于发射设备，所述方法包括：

获取待发送OFDM信号；

在所述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

第三方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置，应用于接收设备，所述装置包括：

信号接收模块，用于接收发射设备发送的OFDM信号，其中，所述OFDM信号中每帧OFDM信号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

第一频偏确定模块，用于根据所述每帧OFDM接收信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM接收信号的第一多普勒频偏；

第一频偏补偿模块，用于利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM接收信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM接收信号对应的第一补偿OFDM信号；

频偏方差计算模块，用于计算预设数量帧所述OFDM信号对应的第一多普勒频偏的方差；

判断模块，用于判断所述方差是否大于预设方差；

自相关模块，用于如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

第二频偏确定模块，用于根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号对应的第二多普勒频偏；

第二频偏补偿模块，用于利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

第四方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统中信号发送装置，应用于发射设备，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取待发送OFDM信号；

信号设置模块，用于在所述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

信号发送模块，用于发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

第五方面，本发明实施例提供了一种接收设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的OFDM系统中多普勒频偏补偿方法步骤。

本发明实施例提供的方案中，发射设备可以获取待发送OFDM信号，在待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，发送设置后的OFDM信号至接收设备，进而，接收设备接收发射设备发送的OFDM信号后，可以根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后利用所对应的第一多普勒频偏对每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，进而判断方差是否大于预设方差，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数，根据每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对概率密度函数进行最大似然估计，确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏，利用所对应的第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。这样，由于在第一多普勒频偏的方差大于预设方差时计算第二多普勒频偏，利用第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，通过两次多普勒频偏的估计以及补偿，可以提高多普勒频偏估计的准确度，进而提高多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率，保证无线通信的质量。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一帧OFDM信号的一种示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种OFDM系统中信号发送方法的流程图；

图4为本发明实施例所提供的一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置的一种结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种OFDM系统中信号发送装置的一种结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种接收设备的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的一种发射设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提升OFDM系统中多普勒频偏估计的准确度，提高无线通信质量，本发明实施例提供了一种OFDM系统中多普勒频偏补偿、信号发送方法及装置、接收设备、发射设备及计算机可读存储介质。

下面首先对本发明实施例所提供的一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法进行介绍。

本发明实施例所提供的一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法可以应用于接收设备，接收设备可以为无人机、基站、手机等可以接收OFDM无线信号的设备。其中，OFDM无线信号可以为符合3G、4G、5G等标准的无线信号。

如图1所示，一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，应用于接收设备，所述方法可以包括：

S101，接收发射设备发送的OFDM信号；

其中，所述OFDM信号中每帧OFDM信号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列。

S102，根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；

S103，利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；

S104，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

S105，判断所述方差是否大于预设方差；

S106，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

S107，根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

S108，利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

可见，本发明实施例提供的方案中，接收设备可以接收发射设备发送的OFDM信号，根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后利用所对应的第一多普勒频偏对每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，进而判断方差是否大于预设方差，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数，根据每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对概率密度函数进行最大似然估计，确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏，利用所对应的第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。这样，由于在第一多普勒频偏的方差大于预设方差时计算第二多普勒频偏，利用第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，通过两次多普勒频偏的估计以及补偿，可以提高多普勒频偏估计的准确度，进而提高多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率，保证无线通信的质量。

在上述步骤S101中，接收设备可以接收发射设备发送的OFDM信号。其中，该OFDM信号中包括多帧OFDM信号。为了方便计算多普勒频偏，每帧OFDM信号中可以包括预先设置的用于计算多普勒频偏的预设OFDM符号，该预设OFDM符号可以包括预设序列及L₁个重复序列。接收设备可以预先记录该预设序列的相位值。

在一种实施方式中，上述OFDM信号中每帧OFDM信号的第一个OFDM符号为预设OFDM符号，上述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列，且L₁不小于3。例如，如图2所示，一帧OFDM信号中的预设OFDM符号201包括L₁个重复序列202及预设序列203，CP为每个OFDM符号的循环前缀。

由于OFDM信号中包括的预设序列的相位值是预先设置并记录的，因此，接收设备在接收到发射设备发送的OFDM信号后，可以执行上述步骤S102，即根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的上述预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的多普勒频偏，也就是上述第一多普勒频偏。

为了减小多普勒效应对接收设备接收的OFDM信号质量的影响，在确定上述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏后，接收设备便可以执行上述步骤S103，即利用所对应的第一多普勒频偏，对上述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到上述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号。

假设归一化的多普勒频偏表示为ε^，经过快速傅里叶变换后，上述每帧OFDM信号Y(k)可以表示为：

其中，FFT_N表示N点快速傅里叶变换，N为上述预设OFDM符号的长度，y(k)表示上述OFDM信号，X(k)表示发射设备发送的OFDM信号，C(k)表示上述OFDM信号的多普勒频偏，W(k)表示噪声，

表示卷积。

为了方便计算，可以将上述OFDM信号表示为：Y＝[Y(0),Y(1),…,Y(N-1)]^T，X＝[X(0),X(1),…,X(N-1)]^T，C＝[C(0),C(1),…,C(N-1)]^T，W＝[W(0),W(1),…,W(N-1)]^T。这样，公式(1)可简化为：

其中，C＝[C(0),C(1),…,C(N-1)]^T，C(k)可以表示为：C(k)＝FFT_N[e^{j2πε^k/N}]。这样，多普勒频偏补偿矩阵C^可以表示为：C^＝[C^(0),C^(1),…,C^(N-1)]^T，其中C^(k)＝FT_N[^{-j2πε^k/N}]。

假设上述第一多普勒频偏表示为ε₁，第一多普勒频偏补偿矩阵C^₁便可以表示为：

C^₁＝[C^₁(0),C^₁(1),…,C^₁(N-1)]^T

其中，

那么，上述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号Y₁便可以表示为：

在得到上述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号后，由于多普勒频偏是动态变化的，为了确定多普勒频偏是否稳定，接收设备便可以计算预设数量帧的上述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。

例如，当预设数量为10时，接收设备可以从上述所有帧OFDM信号的第一多普勒频偏中抽取10帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后计算该10帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。

在一种实施方式中，接收设备可以计算上述OFDM信号中前预设数量帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。例如，当预设数量为5时，接收设备便可以抽取上述OFDM信号中前5帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后计算该5帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。

在另一种实施方式中，接收设备可以计算上述OFDM信号中预设数量帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，该预设数量帧OFDM信号为随机选取的。例如，当预设数量为5时，接收设备便可以随机抽取上述OFDM信号中的5帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后计算该5帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。

为了判断上述第一补偿OFDM信号的数据传输性能是否符合接收设备对无线通讯质量的要求，接收设备可以预先设置方差阈值，也即是上述预设方差，然后判断上述方差是否大于该预设方差，当上述方差大于预设方差时，可以执行步骤S106；当上述方差不大于预设方差时，可以执行步骤S109。

当上述方差大于预设方差时，说明上述OFDM信号的多普勒频偏很不稳定，变化较大，那么上述第一多普勒频偏很可能并不准确，上述第一补偿OFDM信号的数据传输性能很可能不符合无线通讯质量的要求，上述第一补偿OFDM信号很可能仍存在残余的多普勒频偏。

在这种情况下，为了准确确定上述第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，接收设备便可以执行上述步骤S106，即对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到上述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数。

例如，若L₁＝5，那么上述每帧第一补偿OFDM信号对应的自相关函数的个数为

得到上述多个自相关函数后，接收设备便可以执行上述步骤S107，根据上述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定上述每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，也就是第二多普勒频偏。

得到上述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏后，为了获得符合无线通讯质量要求的OFDM信号，接收设备便可以利用所对应的第二多普勒频偏对上述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

假设上述第二多普勒频偏表示为ε₂，第二多普勒频偏补偿矩阵C^₂便可以表示为：

C^₂＝[C^₂(0),C^₂(1),…,C^₂(N-1)]^T，其中

那么，上述每帧OFDM信号对应目标OFDM信号Y₂便可以表示为：

其中，Y₁表示上述第一补偿OFDM信号。

在上述方差不大于上述预设方差时，上述方法还可以包括：

S109，将所述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号。

当上述方差不大于预设方差时，说明上述OFDM信号的多普勒频偏比较稳定，变化较小，那么上述第一多普勒频偏比较准确，上述第一补偿OFDM信号的数据传输性能可以符合接收设备对无线通讯质量的要求。这样，接收设备便可以执行步骤S109，即将上述第一补偿信号作为目标OFDM信号，无需再进行第二次多普勒频偏补偿。

可见，在预设数量帧的OFDM信号的第一多普勒频偏的方差不大于上述预设方差时，接收设备可以将上述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号。这样，当OFDM信号的多普勒频偏比较稳定时，接收设备便可以将上述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号，减少计算量，进而降低无线通讯过程中的时延。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏的步骤，可以包括：

根据公式

确定所述每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏。

其中，ε₁为每帧OFDM信号的第一多普勒频偏值，N为预设OFDM符号的长度，N₁为每个重复序列的长度，N₂为预设序列的长度，Y_k表示上述OFDM信号，

为预设序列的实际相位值的加和。

在OFDM系统中，多径信道可以包括LOS(line-of-sight，直射径)信道和NLOS径(Non-line-of-sight，非直射径)信道。其中，直射径的衰落信道的快速波动可以由快速莱斯衰落信道表示，信号幅度的增益可以用莱斯分布来表示。因此，在上述接收设备的OFDM系统中，多径信道可以表示为两径莱斯信道，包含占主导的LOS径信道和非主导部分的NLOS径信道。

在上述接收设备的通信场景下，莱斯衰落信道的LOS分量和NLOS分量可以分别建模为确定性的LOS分量和具有统计分布的随机散射分量，因此上述OFDM信号的包络服从莱斯分布。那么，可以将两径莱斯信道h(t,τ)表示为：

其中，f_d为LOS径的多普勒频偏，h(t)和h₁(t)是LOS和NLOS分量的衰落系数值，t表示时间，δ(t)表示单位OFDM信号，τ为NLOS分量的时延，

为NLOS和LOS分量之间的相位差，两径莱斯信道h(t,τ)的莱斯因子可表示为

尽管多普勒频偏动态变化，但我们假设多普勒频偏在一帧内保持不变也是合理的。发射设备发送的OFDM信号经过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆傅里叶变换)后，得到的离散OFDM信号x(n)可以表示为：

其中N为IFFT点数，也就是上述预设OFDM符号的长度，X_k为第k个OFDM信号的复包络，k＝0,1,…,N-1。经过上述信道两径莱斯信道h(t,τ)后，上述接收设备接收的OFDM信号的复包络y(n)可以表示为：

其中，H_k为LOS径第k个子载波的信道冲激响应，H_1,为NLOS径第k个子载波的信道冲激响应，ω(n)表示AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪声)，

为归一化多普勒频偏，f_s为采样频率，

表示子载波间隔。

上述接收设备接收的OFDM信号经过串并变化，去CP(Cyclic Prefix，循环前缀)，FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)后可表示为：

其中，I_k的表达式如下：

I_k表示ICI(inter carrier interference，载波间干扰)，

表示噪声。

这样，上述每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏ε₁便可以表示为：

可见，本发明实施例所提供的方案中，接收设备可以根据上述公式(9)确定每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏。这样，接收设备便可以根据上述第一多普勒频偏，对接收的OFDM信号进行准确的频偏补偿。

作为本发明实施例所提供一种实施方式，上述对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到上述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数的步骤，可以包括：

根据公式

确定上述自相关函数。

其中，y^～(k)表示第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，m为采样间隔数，m＝0,1,…,L₁-1，N为预设OFDM符号的长度，N₁为每个重复序列的长度，σ_s ²表示每帧第一补偿OFDM信号的信号方差，ε₂表示每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏。

假设接收设备接收的离散OFDM信号y_k(a)为：

其中，N即为上述IFFT点数，也就是上述预设OFDM符号的长度，Y_k与上述公式(8)与(9)中Y_k含义相同。

在确定上述第一多普勒频偏后，接收设备可以对上述OFDM信号进行频偏补偿，得到的第一补偿OFDM信号y^～(k)可以表示为：

其中，k＝0,1,…,N-1；ε₁即为上述第一多普勒频偏，ω₁(k)表示上述第一补偿OFDM信号的噪声，ε₂＝ε-ε₁即为上述残余的多普勒频偏，ε表示上述OFDM信号的多普勒频偏总值。

接收设备可以对每两个上述重复序列自相关运算，然后通过最大似然估计算法，基于所有上述自相关函数的总和来确定上述第一补偿OFDM信号的多普勒频偏。

那么，可以定义每帧上述第一补偿OFDM信号的多个样本点y^-(k)＝{y^～(k)|k＝0,1,…,N-1}，其中k＝0为每帧上述第一补偿OFDM信号的第一个样本点，这样上述残余的多普勒频偏ε₂可以通过最大似然算法求出。

由于当N的数值非常大的时，上述OFDM信号根据中心极限定理可以看做近似的高斯过程，假设每帧第一补偿OFDM信号的信号方差为σ_s ²，每帧第一补偿OFDM信号的噪声方差为σ_n ²，那么上述第一补偿OFDM信号可以表示为一个自相关特性如下的高斯过程，进而得到上述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数：

当m＝0时，上述自相关函数为σ_s ²+σ_n ²。

可见，本发明实施例所提供的方案中，接收设备可以通过上述公式(11)确定上述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数。这样，当上述第一多普勒频偏不稳定时，接收设备便可以根据上述自相关函数确定第二多普勒频偏，进而对上述第一补偿OFDM信号进行准确的多普勒频偏补偿。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数的步骤，可以包括：

根据公式

确定所述概率密度函数。

其中，f(y^-|ε₂)为概率密度函数，y^～(k)表示第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，N₁为每个重复序列的长度，ε₂表示每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，y^-(k)＝{y^～(k)|k＝0,1,…,N-1}，N为预设OFDM符号的长度。

上述对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏的步骤，可以包括：

根据公式

确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。

其中，ε₂^为每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。

理想的最大似然估计可以通过最大化f(y^-(k)|ε₂)获得ε₂的值，f(y^-(k)|ε₂)为包含上述残余的多普勒频偏ε₂及y^-(k)中N个样本点的传统概率密度函数，其最大值可以通过(y^-(k)|ε₂)的对数似然函数Λ(ε₂)求解，如下式：

其中，y^～(k)与上述公式(11)中y^～(k)表示的含义相同，y^-(k)即为上述第一补偿OFDM信号的多个样本点，p(k)＝[y^～(k)y^～(k+N₁)…y^～(k+(L₁-1)N₁)]^T，k∈I_i，满足L₁维高斯分布，其概率密度函数可表示为：

其中，p(k)^H表示矩阵p(k)的厄米特变换，K表示一个L₁×L₁的相关矩阵，其第(i,j)个元素满足E{y^～[k+iN₁]y^～*[k+jN₁]},k∈I₀,i∈{0,1,2,…L₁-1},j∈{0,1,2,…L₁-1}，K的行列式

上述公式(12)中的分母中的项都满足一维高斯分布，其概率密度函数为：

那么，结合上述公式(14)、公式(13)以及公式(12)可以得到上述残余的多普勒频偏ε₂的最大似然估计值。具体来说，将公式(14)和公式(13)带入公式(12)中，省略相同部分∏f(y^～(k)|ε₂)，那么可以得到上述第二多普勒频偏ε₂^的表达式，也就是说，上述残余的多普勒频偏ε₂的最大似然估计值可以表示为：

其中，公式(15)中的变量γ₀(ε₂)可以表示为：

其中，λ＝exp(-j2πN₁ε₂/N)，

R(m)为上述自相关函数。

由于上述Λ(ε₂)的最大值将会在其一阶导数为0时得到，为了方便计算，根据无穷小等价替换定理，Λ(ε₂)一阶导数

可以近似表示为：

这样，当

时，上述第二多普勒频偏ε₂^可以通过下式确定：

可见，本发明实施例提供的方案中，接收设备可以根据上述公式(15)确定上述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。这样，接收设备便可以根据上述第二多普勒频偏对上述第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，获得符合无线通讯质量的要求的目标OFDM信号。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差的步骤，可以包括：

根据公式

确定预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。

其中，σ_est ²为预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，q为预设数量，ε_1,a为第a帧OFDM信号的第一多普勒频偏，a＝0,1,…,q-1，ε₁ ^-为q帧OFDM信号的第一多普勒频偏的平均值。

例如，若上述预设数量q为3，接收设备在确定上述所有帧OFDM信号的第一多普勒频偏后，便可以从上述所有帧OFDM信号的第一多普勒频偏中抽取3帧OFDM信号的第一多普勒频偏。假设该3帧OFDM信号的第一多普勒频偏分别为ε_1,1、ε_1,2及ε_1,3，那么接收设备便可以根据如下公式计算该3帧OFDM信号的第一多普勒频偏的方差：

其中ε₁ ^-为上述3帧OFDM信号的第一多普勒频偏的平均值

可见，本发明实施例所提供的方案中，接收设备可以计算预设数量帧的上述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差。这样，接收设备便可以根据上述方差确定上述第一多普勒频偏是否稳定，进而判断上述第一补偿OFDM信号是否符合无线通讯质量的要求。

相应于上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，本发明实施例还提供了一种OFDM系统中信号发送方法。下面对本发明实施例所提供的一种OFDM系统中信号发送方法进行介绍。

本发明实施例所提供的一种OFDM系统中信号发送方法可以应用于发射设备，该发射设备可以与上述接收设备通信连接，以进行数据交互。

如图3所示，一种OFDM系统中信号发送方法，应用于发射设备，所述方法可以包括：

S301，获取待发送OFDM信号；

S302，在待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号；

其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列。

S303，发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

可见，本发明实施例所提供的方案中，发射设备可以获取待发送OFDM信号，然后在上述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，进而发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使上述接收设备执行上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的步骤。这样，发射设备可以预先对上述待发送OFDM信号进行设置，可以方便接收设备对接收的OFDM信号的多普勒频偏进行计算。

当发射设备需要向接收设备传输信息时，可以发送OFDM信号至接收设备，那么，在上述步骤S301中，发射设备便可以获取待发送的OFDM信号。为了使接收设备能够准确计算OFDM信号的多普勒频偏，发射设备可以预先对待发送OFDM信号进行设置，也就是执行上述步骤S302。

在上述步骤S302中，在获取待发送OFDM信号后，发送设备可以在待发送OFDM信号中预设位置设置预设OFDM符号，该预设位置可以为第一个OFDM符号、最后一个OFDM符号等，在此不做具体限定。其中，预设OFDM符号可以包括预设序列及L₁个重复序列，L₁的值可以不小于3。

由于上述待发送的OFDM信号中包括多帧OFDM信号，每帧OFDM信号包括多个OFDM符号，因此在一种实施方式中，发射设备可以在上述待发送OFDM信号中每帧OFDM信号的第一个OFDM符号所在的位置设置上述预设OFDM符号。

在上述步骤S303中，在得到上述设置后的OFDM信号后，发射设备便可以发送上述设置后的OFDM信号至接收设备。接收设备在接收上述OFDM信号后，便可以根据上述多普勒频偏补偿方法记载的方式，计算上述OFDM信号的多普勒频偏，并对OFDM信号进行频偏补偿，得到上述目标OFDM信号。

相应于上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，本发明实施例还提供了一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置。下面对本发明实施例所提供的一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置进行介绍。

如图4所示，一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置，所述装置可以包括：

信号接收模块401，用于接收发射设备发送的OFDM信号；

其中，所述OFDM信号中每帧OFDM信号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列。

第一频偏确定模块402，用于根据所述每帧OFDM接收信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM接收信号的第一多普勒频偏；

第一频偏补偿模403，用于利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM接收信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM接收信号对应的第一补偿OFDM信号；

频偏方差计算模块404，用于计算预设数量帧所述OFDM信号对应的第一多普勒频偏的方差；

判断模块405，用于判断所述方差是否大于预设方差；

自相关模块406，用于如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

第二频偏确定模块407，用于根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号对应的第二多普勒频偏；

第二频偏补偿模块408，用于利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

可见，本发明实施例所提供的方案中，接收设备可以接收发射设备发送的OFDM信号，根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后利用所对应的第一多普勒频偏对每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，进而判断方差是否大于预设方差，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数，根据每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对概率密度函数进行最大似然估计，确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏，利用所对应的第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。这样，由于在第一多普勒频偏的方差大于预设方差时计算第二多普勒频偏，利用第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，通过两次多普勒频偏的估计以及补偿，可以提高多普勒频偏估计的准确度，进而提高多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率，保证无线通信的质量。

作为本发明实施例的一种实施方式，在上述方差不大于所述预设方差时，上述OFDM系统中多普勒频偏补偿装置还可以包括：

目标信号确定模块(图4中未示出)，用于将所述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述第一频偏确定模块402可以包括：

第一频偏确定子模块(图4中未示出)，用于根据公式

确定每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏；

其中，ε₁为每帧OFDM信号的第一多普勒频偏值，N为预设OFDM符号的长度，N₁为每个重复序列的长度，N₂为预设序列的长度，Y_k表示上述OFDM信号，

为预设序列的实际相位值的加和。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述自相关模块406可以包括：

自相关子模块(图4中未示出)，用于根据公式

确定所述自相关函数；

其中，y^～(k)表示第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，m为采样间隔数，m＝0,1,…,L₁-1,N为预设OFDM符号的长度，N₁为每个重复序列的长度，σ_s ²表示每帧第一补偿OFDM信号的信号方差，ε₂表示每帧第一补偿OFDM信号的残余的多普勒频偏。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述第二频偏确定模块407可以包括：

概率密度函数确定子模块(图4中未示出)，用于根据公式

确定概率密度函数；

其中，f(y^-|ε₂)为概率密度函数，y^～(k)表示第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，N₁为每个重复序列的长度，ε₂表示每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，y^-(k)＝{y～(k)|k＝0,1,…,N-1}，N为预设OFDM符号的长度。

第二频偏确定子模块(图4中未示出)，用于根据公式

确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

其中，ε₂^为每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述频偏方差计算模块404可以包括：

方差计算子模块(图4中未示出)，用于根据公式

确定预设数量帧的OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

其中，σ_est ²为预设数量帧的OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，q为预设数量，ε_1,a为第a帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏，a＝0,1,…,q-1，ε₁ ^-为q帧OFDM信号的第一多普勒频偏的平均值。

相应于上述OFDM系统中信号发送方法，本发明实施例还提供了一种OFDM系统中信号发送装置。下面对本发明实施例所提供的一种OFDM系统中信号发送装置进行介绍。

如图5所示，一种OFDM系统中信号发送装置，应用于发射设备，所述装置可以包括：

信号获取模块501，用于获取待发送OFDM信号；

信号设置模块502，用于在所述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号；

其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列。

信号发送模块503，用于发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

可见，本发明实施例所提供的方案中，发射设备可以获取待发送OFDM信号，然后在上述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，进而发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使上述接收设备执行上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的步骤。这样，发射设备可以预先对上述待发送OFDM信号进行设置，可以方便接收设备对接收的OFDM信号的多普勒频偏进行计算。

相应于上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，本发明实施例还提供了一种接收设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信，

存储器603，用于存放计算机程序；

处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现上述任一实施例所述的OFDM系统中多普勒频偏补偿方法。

可见，在本发明实施例所提供的方案中，接收设备可以接收发射设备发送的OFDM信号，根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后利用所对应的第一多普勒频偏对每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，进而判断方差是否大于预设方差，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数，根据每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对概率密度函数进行最大似然估计，确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏，利用所对应的第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。这样，由于在第一多普勒频偏的方差大于预设方差时计算第二多普勒频偏，利用第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，通过两次多普勒频偏的估计以及补偿，可以提高多普勒频偏估计的准确度，进而提高多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率，保证无线通信的质量。

上述接收设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述接收设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

相应于上述OFDM系统中信号发送方法，本发明实施例还提供了一种发射设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信，

存储器703，用于存放计算机程序；

处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现上述任一实施例所述的OFDM系统中信号发送方法。

可见，本发明实施例所提供的方案中，发射设备可以获取待发送OFDM信号，然后在上述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，进而发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使上述接收设备执行上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的步骤。这样，发射设备可以预先对上述待发送OFDM信号进行设置，可以方便接收设备对接收的OFDM信号的多普勒频偏进行计算。

上述发送设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述发送设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

相应于上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，应用于接收设备，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的步骤。

可见，在本发明实施例所提供的方案中，计算机可读存储介质内存储的计算机程序被处理器执行时，可以接收发射设备发送的OFDM信号，根据每帧OFDM信号中的预设序列的实际相位值与预先记录的预设序列的预设相位值的差异，确定每帧OFDM信号的第一多普勒频偏，然后利用所对应的第一多普勒频偏对每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号，计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，进而判断方差是否大于预设方差，如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数，根据每帧第一补偿OFDM信号对应的所有自相关函数计算概率密度函数，并对概率密度函数进行最大似然估计，确定每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏，利用所对应的第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。这样，由于在第一多普勒频偏的方差大于预设方差时计算第二多普勒频偏，利用第二多普勒频偏对每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，通过两次多普勒频偏的估计以及补偿，可以提高多普勒频偏估计的准确度，进而提高多普勒频偏补偿得到的OFDM信号准确率，保证无线通信的质量。

相应于上述OFDM系统中信号发送方法，在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，应用于发射设备，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一OFDM系统中信号发送方法的步骤。

可见，本发明实施例所提供的方案中，计算机可读存储介质内存储的计算机程序被处理器执行时，可以获取待发送OFDM信号，然后在上述待发送OFDM信号中的预设位置设置预设OFDM符号，进而发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使上述接收设备执行上述OFDM系统中多普勒频偏补偿方法的步骤。这样，发射设备可以预先对上述待发送OFDM信号进行设置，可以方便接收设备对接收的OFDM信号的多普勒频偏进行计算。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种OFDM系统中多普勒频偏补偿方法，其特征在于，应用于接收设备，所述方法包括：

接收发射设备发送的OFDM信号，其中，所述OFDM信号中每帧OFDM信号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；

利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；

计算预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

判断所述方差是否大于预设方差；

如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方差不大于所述预设方差时，所述方法还包括：

将所述第一补偿OFDM信号作为目标OFDM信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏的步骤，包括：

根据公式

确定所述每帧OFDM接收信号对应的第一多普勒频偏；

其中，ε₁为所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏值，N为所述预设OFDM符号的长度，N₁为所述每个重复序列的长度，N₂为所述预设序列的长度，Y_k表示上述OFDM信号，

为所述预设序列的实际相位值的加和。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数的步骤，包括：

根据公式

确定所述自相关函数；

其中，y^～(k)表示所述第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，m为采样间隔数，m＝0,1,…,L₁-1,N为所述预设OFDM符号的长度，N₁为所述每个重复序列的长度，σ_s ²表示所述每帧第一补偿OFDM信号的信号方差，ε₂表示所述每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数的步骤，包括：

根据公式

确定所述概率密度函数；

其中，f(y^-|ε₂)为所述概率密度函数，y^～(k)表示所述第一补偿OFDM信号，k∈I₀，I_i为第i个重复序列，I_i＝{iN₁,iN₁+1,…,iN₁+N₁-1}，i＝0,1,…,L₁-1，N₁为所述每个重复序列的长度，ε₂表示所述每帧第一补偿OFDM信号残余的多普勒频偏，y^-(k)＝{y^～(k)|k＝0,1,…,N-1}，N为所述预设OFDM符号的长度；

所述对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏的步骤，包括：

根据公式

确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；

其中，ε₂^为所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差的步骤，包括：

根据公式

确定预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；

其中，σ_est ²为所述预设数量帧的所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差，q为所述预设数量，ε_1,a为第a帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏，a＝0,1,…,q-1，ε₁ ^-为q帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的平均值。

7.一种OFDM系统中信号发送方法，其特征在于，应用于发射设备，所述方法包括：

获取待发送OFDM信号；

在所述待发送OFDM信号中每帧OFDM符号的预设位置设置预设OFDM符号，其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

8.一种OFDM系统中多普勒频偏补偿装置，其特征在于，应用于接收设备，所述装置包括：

信号接收模块，用于接收发射设备发送的OFDM信号，其中，所述OFDM信号中每帧OFDM符号包括预设OFDM符号，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

第一频偏确定模块，用于根据所述每帧OFDM接收信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM接收信号的第一多普勒频偏；

第一频偏补偿模块，用于利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM接收信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM接收信号对应的第一补偿OFDM信号；

频偏方差计算模块，用于计算预设数量帧所述OFDM信号对应的第一多普勒频偏的方差；

判断模块，用于判断所述方差是否大于预设方差；

自相关模块，用于如果大于，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；

第二频偏确定模块，用于根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号对应的第二多普勒频偏；

第二频偏补偿模块，用于利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

9.一种OFDM系统中信号发送装置，其特征在于，应用于发射设备，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取待发送OFDM信号；

信号设置模块，用于在所述待发送OFDM信号中每帧OFDM信号的预设位置设置预设OFDM符号，其中，所述预设OFDM符号包括预设序列及L₁个重复序列；

信号发送模块，用于发送设置后的OFDM信号至接收设备，以使所述接收设备根据每帧OFDM信号中的所述预设序列的实际相位值与预先记录的所述预设序列的预设相位值的差异，确定所述每帧OFDM信号的第一多普勒频偏；利用所对应的所述第一多普勒频偏对所述每帧OFDM信号进行频偏补偿，得到所述每帧OFDM信号对应的第一补偿OFDM信号；计算预设数量帧所述OFDM信号的第一多普勒频偏的方差；在所述方差大于预设方差时，对每帧第一补偿OFDM信号包括的L₁个重复序列进行两两自相关，得到所述每帧第一补偿OFDM信号对应的多个自相关函数；根据所述每帧第一补偿OFDM信号对应的所有所述自相关函数计算概率密度函数，并对所述概率密度函数进行最大似然估计，确定所述每帧第一补偿OFDM信号的第二多普勒频偏；利用所对应的所述第二多普勒频偏对所述每帧第一补偿OFDM信号进行频偏补偿，得到目标OFDM信号。

10.一种接收设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。

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