CN111371717A - 一种ofdm调制中用对称导频进行相位跟踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，包括如下步骤：S1、提取全部OFDM符号导频数据；S2、生成本地导频符号；S3、接收导频符号去调制；S4、计算系统载波频率偏差对应的计算间隔；S5、计算系统采样频率偏差对应的计算间隔；S6、计算载波频率偏差并纠正；S7、迭代计算残余频率偏差并纠正；S8、计算采样频率偏差并纠正。该方法可以将系统的载波频率偏差和采样频率偏差值，实时配置到该方法中计算得到最优的相位偏差计算间隔，从而减小因系统参数变化导致计算残留相位偏差较大问题。利用对称导频的特点，在计算载波频率偏差和采样频率偏差时互不影响，简化了计算方法，减小了运算量，提高了计算相位偏差的准确度。

Description

一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法

技术领域

本发明涉及电力无线通信领域，尤其涉及一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法。

背景技术

由于任何通信系统都存在频率偏差和采样时间偏差，且不同系统的载波频率偏差和采样频率偏差都不相同，在正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,缩写为OFDM)系统中，这两个偏差都会带来OFDM系统的子载波间干扰，从而严重影响系统的通信性能。

而通常OFDM系统是在某些时刻利用某些子载波发送导频符号，利用导频符号计算载波频率偏差和采样频率偏差。用计算得到的载波频率偏差和采样频率偏差纠正收到的数据，消除载波频率偏差和采样频率偏差的影响。现有的一些方法在计算载波频率偏差和采样频率偏差时，误差较大、且计算量大、计算方法复杂、且不能根据实际系统的偏差值便捷调整算法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中现有的一些相位跟踪方法在计算载波频率偏差和采样频率偏差时误差较大，导致OFDM调制中的子载波间干扰严重影响通信系统性能。现有方法不能使得载波频率偏差和采样频率偏差计算时互不影响，导致计算误差大，同时计算量大、计算方法复杂、实现较困难的问题，提出一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法,包括如下步骤：S1、提取全部OFDM符号导频数据；S2、生成本地导频符号；S3、接收导频符号去调制；S4、计算系统载波频率偏差对应的计算间隔；S5、计算系统采样频率偏差对应的计算间隔；S6、计算载波频率偏差并纠正；S7、迭代计算残余频率偏差并纠正；S8、计算采样频率偏差并纠正。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：该方法可以将系统的载波频率偏差和采样频率偏差值，实时配置到该方法中计算得到最优的相位偏差计算间隔，从而减小因系统参数变化导致计算残留相位偏差较大问题。利用对称导频的特点，在计算载波频率偏差和采样频率偏差时互不影响，简化了计算方法，减小了运算量，提高了计算相位偏差的准确度。

附图说明

图1是本发明实施例相位跟踪方法步骤示意图。

图2是本发明实施例PN9序列生成原理示意图。

图3是本发明实施例一种对称导频示意图。

具体实施方式

具体实施方式1

如图1，本实施例的OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法包括如下步骤：

S1、提取全部OFDM符号导频数据

该导频相位跟踪方法的导频图案表为对称导频图案，即该导频图案的特征为一个循环周期内正频率和负频率的导频位置值求和结果为零，即假设导频位置为L(i)、那么

其中的n为一个导频循环周期内导频总个数，该步骤根据导频图案其中一种示意图如附图3所示。提取导频符号时，根据导频图案采用查表方法从OFDM符号从提取出导频符号数据。

S2、生成本地导频符号

根据步骤S1提取的导频符号长度，生成相同长度的本地导频符号，其生成采用PN9(一种伪随机序列)序列，方法如附图2所示

S3、接收导频符号去调制

用S1接收到的导频符号数据与S2步骤生成的本地导频符号数据的共轭进行点乘，实现接收导频符号的去调制，得到接收的每个导频符号的相位旋转量，该相位旋转量中包含了载波频率偏差和采样频率偏差带来的相位旋转。

S4、计算系统载波频率偏差对应的计算间隔

该步骤根据系统设计时存在的最大载波频率偏差，计算出在该最大频率偏差下，用导频之间的差分运算，计算载波频率偏差导致的OFDM符号的相位偏差值时，需要间隔最优的OFDM符号个数No。其计算公式如下：

其中floor为向下取整数，θ_c为系统载波频率偏差带来的每个OFDM符号的相位旋转量。

为在计算载波频率偏差时不受到采样频率偏差的影响，导频之间的差分运算的最小间隔单元为一个导频循环周期。在一个导频循环周期内正负频率的频点位置是对称关系，采样频率偏差导致的相位偏差在一个导频循环周期内的和为零，且求一个导频循环周期内载波频率偏差导致的相位旋转量时正好需要先求和。因此在求载波频率偏差时将所有步骤S2得到的每个导频相位旋转量求和时，消去了采样频率偏差带来的相位旋转影响。所以导频差分间隔OFDM符号个数N_diff计算公式如下：

其中Nc为导频循环一个周期的OFDM符号。

S5、计算系统采样频率偏差对应的计算间隔该步骤根据系统设计时存在的最大采样频率偏差，计算出该最大采样频率偏差下，用导频计算采样频率偏差导致的OFDM符号的相位偏差值所需的最优OFDM符号间隔个数Mo。

其中θ_s为系统采样频率偏差带来的OFDM符号的最低频率子载波的相位旋转量，N_h为最高频率导频子载波的载波位置序号的绝对值。

利用对称导频的特点，在一个导频循环周期内正负频率的频点位置是对称关系，采样频率偏差导致的相位偏差在一个导频循环周期内的和为零，载波频率偏差带来的相位偏差在一个导频循环周期内正频率和负频率的相位差之差为零。因此求采样频率偏差时导频的正频率和负频率的相位差之和求差，消除了载波频率偏差的影响，因此导频差分间隔OFDM符号个数计算公式如下。

S6、计算载波频率偏差并纠正

用步骤S3去调制后的导频数据，按照步骤S4计算出的导频差分间隔N_diff进行差分运算，总共的OFDM符号数除以N_diff余下的OFDM符号不参与导频差分的运算。载波频率偏差f_c计算公式如下：

其中m为导频差分后的数据的数量。

S7、迭代计算残余频率偏差并纠正

在S6步骤进行第一次载波频率偏差估计和纠正后，会残留一定的频率偏差，但纠正后残留的频率偏差肯定小于未纠正前，因此在迭代计算残余频率偏差时需要重新计算导频差分间隔，且在计算残余频率偏差时的导频要从步骤S6纠正载波频率偏差的数中提取并去调制后，再按照新的导频差分间隔计算载波频偏，并对S6纠正频率偏差的数据，用计算出的残余频率偏差进行再一次的纠正。

S8、计算采样频率偏差并纠正采样频率偏差来源于接收机和发送机之间ADC和DAC采样频率的不同。由于晶振的偏差，接收端和发送端的DAC和ADC不可能有相同的频率。采样频率偏差造成的相位旋转与子载波个数和OFDM符号数有关。OFDM符号越是靠后，子载波序号越大，受采样频率偏差造成的影响就越大。用步骤S3去调制后的导频数据，按照S5计算的采样频率偏差计算间隔，计算采样频率偏差。但总共的OFDM符号数除以M_diff余下的OFDM符号不参与导频差分的运算，采样偏差频率f_s计算公式如下：

其中θ_s1为OFDM符号中的正频率导频符号差分后的相位值，θ_s2为OFDM符号中的负频率导频符号差分后的相位值，K₁为正频率导频差分后的数据的数量，K₂为负频率导频差分后的数据的数量，G为一个导频循环周期内的所有导频位置序号绝对值之和。得到采样频率偏差后，按照采样频率偏差对S7步骤纠正载波频率偏差后的数据纠正。

该方法在进行频率偏差导致的相位进行估计和纠正前，都会计算出最优的导频之间进行差分运算的OFDM符号间隔，所以可以避免因系统参数变化导致计算间隔不是最优，从而影响频率偏差估计的准确性。利用对称导频的特点，在一个导频循环周期内正负频率的频点位置是对称关系，采样频率偏差导致的相位偏差在一个导频循环周期内的和为零，载波频率偏差带来的相位偏差在一个导频循环周期内正频率和负频率的相位差之差为零。因此求采样频率偏差时导频的正频率和负频率的相位差之和求差，消除了载波频率偏差的影响，而求载波频率偏差时导频的所有相位差求和，消除了采样频率偏差的影响。所以在计算载波频率偏差和采样频率偏差时互不影响，简化了计算方法，减小了运算量，提高了计算相位偏差的准确度。

Claims (10)

1.一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，包括：

S1、提取全部OFDM符号导频数据，提取出用于频率偏差计算的导频符号数据；

S2、根据需要使用的本地导频数量，生成本地导频符号，按照需求生成对应长度的本地导频符号，为对提取的导频符号去调制准备数据；

S3、用生成的本地导频符号去除接收导频符号的调制，对接收的导频符号去调制；

S4、计算得到载波频率偏差计算时需要间隔的OFDM符号的最优数量，得到计算系统的载波频率偏差需要间隔多少个OFDM符号进行差分运算最优；

S5、计算采样频率偏差计算时需要间隔的OFDM符号的最优数量，得到计算系统的载波频率偏差需要间隔多少个OFDM符号进行差分运算最优；

S6、计算载波频率偏差，并用计算的载波频率偏差对接收的数据进行纠正，计算载波频率偏差并纠正数据的载波频率偏差；

S7、从纠正载波频率偏差的数中提取导频符号数据并去调制，用去调制的导频符号数据计算残余载波频率偏差，并纠正数据的残余载波频率偏差，迭代计算残余频率偏差并纠正，进一步的减小载波频率偏差，降低子载波间的干扰；

S8、根据计算得到的最优OFDM符号间隔，计算采样频率偏差，并纠正OFDM调制数据的采样频率偏差，计算采样频率偏差并纠正。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S1为对接收到的OFDM调制数据，按对称的导频图案表，对称导频图案表满足下面公式1、提取全部OFDM符号导频符号数据:

其中的n为一个导频循环周期内导频总个数,L(i)为导频位置。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S2为根据需要使用的本地导频数量,本地需要使用的导频符号数量与提取的导频符号数量相同，生成本地导频符号。

4.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S3为用接收到的导频符号数据与生成的本地导频符号数据的共轭进行点乘，实现接收导频符号的去调制，得到接收的每个导频符号的相位旋转量，用于计算载波频率偏差和采样频率偏差。

5.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S4为根据最小间隔为一个导频循环周期的原则，按照下面公式2和公式3，计算得到载波频率偏差计算时需要间隔的OFDM符号数：

其中floor为向下取整数，θ_c为系统载波频率偏差带来的每个OFDM符号的相位旋转量；

其中Nc为导频循环一个周期的OFDM符号。

6.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S5为根据最小间隔为一个导频循环周期的原则，按照下面公式4和公式5，计算得到采样频率偏差计算时需要间隔的OFDM符号数:

其中θ_s为系统采样频率偏差带来的OFDM符号的最低频率子载波的相位旋转量，N_h为最高频率导频子载波的载波位置序号的绝对值；

其中m为导频差分后的数据的数量。

7.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S6为用步骤S3去调制后的导频数据，按照步骤S4计算出的导频差分间隔N_diff进行差分运算，总共的OFDM符号数除以N_diff余下的OFDM符号不参与导频差分的运算，计算载波频率偏差按照下面公式6进行，用计算载波频率偏差对接收的OFDM调制数据进行纠正:

其中m为导频差分后的数据的数量。

8.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S7为在S6步骤进行第一次载波频率偏差估计和纠正后，迭代计算残余频率偏差时需要重新计算新的导频差分间隔；在计算残余频率偏差时的导频符号相位旋转量，从步骤S6纠正载波频率偏差的数中提取并去调制后得到，再按照新的导频差分间隔计算载波频偏，并对S6纠正频率偏差的数据进行再一次的纠正。

9.根据权利要求1所述的一种OFDM调制中用对称导频进行相位跟踪的方法，其特征在于，

步骤S8为用步骤S3去调制后的导频数据，按照S5计算的采样频率偏差计算间隔，计算采样频率偏差，总的OFDM符号数除以M_diff余下的OFDM符号不参与导频差分的运算，计算采样频率偏差的按照下面公式7进行，用得到的采样频率偏差对S7步骤纠正了残余载波频率偏差的数据进行纠正：

其中θ_s1为OFDM符号中的正频率导频符号差分后的相位值，θ_s2为OFDM符号中的负频率导频符号差分后的相位值，K₁为正频率导频差分后的数据的数量，K₂为负频率导频差分后的数据的数量，G为一个导频循环周期内的所有导频位置序号绝对值之和。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至9任一项所述方法。

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