CN113824666A - 一种卫星移动ofdm通信系统信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法及装置，它涉及卫星移动通信系统信关站涉及和终端设计技术。本发明针对OFDM系统受频偏、时偏影响大的特点，利用导频符号，通过相位旋转估计、定时偏差估计、频偏补偿等方法，实现对接收信号的估计补偿，完成信号的解调。本发明具有方法简单、处理速度快、跟踪频率快速变化等特点，特别适合卫星移动OFDM通信系统解调。

Description

一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法及装置

技术领域

本发明属于卫星移动通信领域，涉及一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法及装置。特别适用于卫星移动通信系统信关站及终端对OFDM信号的解调。

背景技术

在卫星移动通信系统中，OFDM技术逐渐应用到其中，由于卫星移动速度块，产生的频偏、时延较大，会导致接收数据的相位产生偏转，影响接收系统的解调性能。基站接收系统为了保证性能，需要对数据产生的频偏和相位旋转进行校正补偿，由于OFDM系统传输速率高，相位变化快，因此，需要一种方法能够跟踪接收数据的相位变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免背景技术中的问题提出一种一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法及装置。

本发明采用的技术方案为：

一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，包括如下步骤：

A、将接收的时域信号变换为频域信号，并将导频符号抽取出来，得到两个导频符合的频域信号；

B、根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号，计算接收导频符号与本地导频信号的共轭相乘结果，并生成相位偏移信息，将共轭相乘结果与相位偏移信息进行复乘，然后将两个导频符号的复乘结果相加并找到最大值，最大值对应的偏移指数即为定时偏差估计值，并得出两个导频符号在最佳偏移指数下的能量；

C、根据定时偏差估计值，查找相位偏移信息，对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果；

D、根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算相位角，得到两个导频符号位置的相位估计值，并通过线性插值的方法计算时隙内其他符号位置的相位估计值，得到时隙内的频率估计值；

E、根据时隙内的频率估计值，对定时补偿后的结果进行频率补偿，得到频率补偿后的结果。

其中，步骤B包括以下步骤：

B1、根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号S_i(k)，对接收导频符号R_i(k)与本地导频信号S_i(k)进行共轭相乘

i是导频符号位置，k表示导频的系统分配的子载波位置，K表示导频所占子载波的个数；

B2、生成并存储相位偏移信息θ_lut(k)：

θ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*lut_addr(k))

式中，lut_addr为查表地址，lut_addr(k)＝(FFT_len-m_delay)·k，m_delay为偏移指数，FFT_len为导频符号长度；

B3、将步骤B1的结果与步骤B2得到的相位偏移信息进行复数乘法，得到复乘结果Pow(m_delay,i)：

B4、根据步骤B3的计算结果，分别计算两个导频符号能量的累加和Pow_sum(m_delay)：

计算累加和的最大值Pow_sum_max：

Pow_sum_max＝max(Pow_sum(m_delay))

找出累加和的最大值对应的偏移指数m_delay_max，并计算两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值：

Pow(m_delay_max,i)。

其中，步骤C包括：

根据步骤B得到的最佳偏移指数，再次查找相位偏移信息，得到数据符号的相位偏移值Δθ_lut(k)：

Δθ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*time_addr(k))

其中，time_addr(k)＝(FFT_len-m_delay_max)·k，k是符号的载波位置；

利用数据符号的相位偏移值Δθ_lut(k)对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果d'(k)：

d'(k)＝d(k)*Δθ_lut(k)。

其中，步骤D包括：

根据步骤B得到的两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算其相位角：

计算两个导频符号位置的相位差Δθ＝θ₁-θ₀；

通过线性插值法得到其他数据符号位置的相位估计值：

其中，N为两个导频符号位置的差值；

计算时隙内的频率估计值：

其中t_s为数据符号长度。

其中，步骤E包括：

根据步骤D时隙内的频率估计值Δf_s对定时补偿后的结果进行频率补偿校正，得到频率补偿后的结果d”(k)：

d”(k)＝d'(k)*exp(-j·2π·Δf_s)。

一种卫星移动OFDM通信系统信道估计装置，包括：

导频检测模块，用于将接收的时域信号变换为频域信号，并将导频符号抽取出来，得到两个导频符合的频域信号；

差分模块，用于根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号，计算接收导频符号与本地导频信号的共轭相乘结果；

定时估计模块，用于生成相位偏移信息，将共轭相乘结果与相位偏移信息进行复乘，然后将两个导频符号的复乘结果相加并找到最大值，最大值对应的偏移指数即为定时偏差估计值，并得出两个导频符号在最佳偏移指数下的能量；

频偏估计模块，用于根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算相位角，得到两个导频符号位置的相位估计值，并通过线性插值的方法计算时隙内其他符号位置的相位估计值，得到时隙内的频率估计值；

校正补偿模块，用于根据定时偏差估计值，查找相位偏移信息，对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果；并根据时隙内的频率估计值，对定时补偿后的结果进行频率补偿，得到频率补偿后的结果。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明具有算法结构简单，简化了计算过程，通过查找表的方式对定时偏移进行估计和补偿，非常适合用于卫星、终端等硬件资源受限的平台环境。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图；

图2为本发明实施例的流程图；

图3为时隙结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在OFDM系统中，一个子帧包括两个时隙(slot)，每个时隙内有14个符号，其中，第0和第7个为导频符号，其它为数据符号，时隙结构如图3所示。导频符号的CP长度由高层配置，最大为160。

本发明应用于地面基站的接收端，也可用于终端的接收端，如图1所示为本发明实施例的原理框图，图2为本发明实施例的流程图；

导频检测模块的功能是缓存一个时隙内的数据符号，并检测导频符号，当检测到导频符号时，对导频符号做FFT变换处理，然后，然后输出导频符号的频域信号R_i(k)。

差分模块主要完成导频符号的差分处理。根据步骤S101输出的FFT之后的导频数据R_i(k)，差分模块搜索本地导频信号S_i(k)，

为其共轭信号，相乘得到差分信号：

i是导频符号位置，k表示导频的系统分配的子载波位置，K表示导频所占子载波的个数；

定时估计模块功能主要是对导频符号进行定时估计，得到定时估计值和相位估计值。具体步骤如下：

(1)首先，根据时隙内两个导频符号的子载波配置信息、FFT的点数以及偏移指数m_delay，获得本地相位偏移信息，相位偏移信息由以下公式生成：

θ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*lut_addr(k))

式中，lut_addr为查表地址，lut_addr(k)＝(FFT_len-m_delay)·k，m_delay为偏移指数，FFT_len为导频符号长度，m_delay＝1,2,...,160。

(2)将差分模块的共轭相乘结果与相位偏移信息进行复数乘法，得到复乘结果Pow(m_delay,i)：

进一步地，计算两个导频符号能量的累加和：

计算累加和的最大值Pow_sum_max：

Pow_sum_max＝max(Pow_sum(m_delay))

找出累加和的最大值对应的偏移指数m_delay_max，并计算两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值：

Pow(m_delay_max,i)。

频偏估计模块根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算其相位角：

计算两个导频符号位置的相位差Δθ＝θ₁-θ₀；

通过线性插值法得到其他数据符号位置的相位估计值：

其中，N为两个导频符号位置的差值；

计算频率估计值：

其中t_s为数据符号长度。

校正补偿模块主要完成定时和频率补偿功能。OFDM系统时间上的偏移，在频域上表现为相位的旋转变化，因此，根据导频定时模块输出的最佳定时估计位置，再次通过查找相位偏移信息的方式，得到接收用户数据的相位偏移值：

Δθ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*time_addr(k))

其中，time_addr(k)＝(FFT_len-m_delay_max)·k，k是符号的载波位置。

用得到的相位偏移值复乘接收数据，便得到定时补偿后的数据：

d'(k)＝d(k)*Δθ_lut(k)

然后根据估计的频率偏移值Δf_s，定时补偿后的数据做频率校正：

d”(k)＝d'(k)*exp(-j·2π·Δf)。

具体实现过程为：

A、将接收的时域信号变换为频域信号，并将导频符号抽取出来，得到两个导频符合的频域信号；

B、根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号，计算接收导频符号与本地导频信号的共轭相乘结果，并生成相位偏移信息，将共轭相乘结果与相位偏移信息进行复乘，然后将两个导频符号的复乘结果相加并找到最大值，最大值对应的偏移指数即为定时偏差估计值，并得出两个导频符号在最佳偏移指数下的能量；

C、根据定时偏差估计值，查找相位偏移信息，对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果；

D、根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算相位角，得到两个导频符号位置的相位估计值，并通过线性插值的方法计算时隙内其他符号位置的相位估计值，得到时隙内的频率估计值；

E、根据时隙内的频率估计值，对定时补偿后的结果进行频率补偿，得到频率补偿后的结果。

Claims (6)

1.一种卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，其特征在于,包括如下步骤：

A、将接收的时域信号变换为频域信号，并将导频符号抽取出来，得到两个导频符合的频域信号；

B、根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号，计算接收导频符号与本地导频信号的共轭相乘结果，并生成相位偏移信息，将共轭相乘结果与相位偏移信息进行复乘，然后将两个导频符号的复乘结果相加并找到最大值，最大值对应的偏移指数即为定时偏差估计值，并得出两个导频符号在最佳偏移指数下的能量；

C、根据定时偏差估计值，查找相位偏移信息，对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果；

D、根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算相位角，得到两个导频符号位置的相位估计值，并通过线性插值的方法计算时隙内其他符号位置的相位估计值，得到时隙内的频率估计值；

E、根据时隙内的频率估计值，对定时补偿后的结果进行频率补偿，得到频率补偿后的结果。

2.根据权利要求1所述的卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，其特征在于，步骤B包括以下步骤：

B1、根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号S_i(k)，对接收导频符号R_i(k)与本地导频信号S_i(k)进行共轭相乘

i是导频符号位置，k表示导频的系统分配的子载波位置，K表示导频所占子载波的个数；

B2、生成并存储相位偏移信息θ_lut(k)：

θ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*lut_addr(k))

式中，lut_addr为查表地址，lut_addr(k)＝(FFT_len-m_delay)·k，m_delay为偏移指数，FFT_len为导频符号长度；

B3、将步骤B1的结果与步骤B2得到的相位偏移信息进行复数乘法，得到复乘结果Pow(m_delay,i)：

B4、根据步骤B3的计算结果，分别计算两个导频符号能量的累加和Pow_sum(m_delay)：

计算累加和的最大值Pow_sum_max：

Pow_sum_max＝max(Pow_sum(m_delay))

找出累加和的最大值对应的偏移指数m_delay_max，并计算两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值：

Pow(m_delay_max,i)。

3.根据权利要求2所述的卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，其特征在于，步骤C包括：

根据步骤B得到的最佳偏移指数，再次查找相位偏移信息，得到数据符号的相位偏移值Δθ_lut(k)：

Δθ_lut(k)＝exp(-1i*2*π*time_addr(k))

其中，time_addr(k)＝(FFT_len-m_delay_max)·k，k是符号的载波位置；

利用数据符号的相位偏移值Δθ_lut(k)对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果d'(k)：

d'(k)＝d(k)*Δθ_lut(k)。

4.根据权利要求3所述的卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，其特征在于，步骤D包括：

根据步骤B得到的两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算其相位角：

计算两个导频符号位置的相位差Δθ＝θ₁-θ₀；

通过线性插值法得到其他数据符号位置的相位估计值：

其中，N为两个导频符号位置的差值；

计算时隙内的频率估计值：

其中t_s为数据符号长度。

5.根据权利要求4所述的卫星移动OFDM通信系统信道估计方法，其特征在于，步骤E包括：

根据步骤D时隙内的频率估计值Δf_s对定时补偿后的结果进行频率补偿校正，得到频率补偿后的结果d”(k)：

d”(k)＝d'(k)*exp(-j·2π·Δf_s)。

6.一种卫星移动OFDM通信系统信道估计装置，其特征在于,包括：

导频检测模块，用于将接收的时域信号变换为频域信号，并将导频符号抽取出来，得到两个导频符合的频域信号；

差分模块，用于根据接收导频符号的长度，搜索本地导频信号，计算接收导频符号与本地导频信号的共轭相乘结果；

定时估计模块，用于生成相位偏移信息，将共轭相乘结果与相位偏移信息进行复乘，然后将两个导频符号的复乘结果相加并找到最大值，最大值对应的偏移指数即为定时偏差估计值，并得出两个导频符号在最佳偏移指数下的能量；

频偏估计模块，用于根据两个导频符号在最佳偏移指数下的能量值，分别计算相位角，得到两个导频符号位置的相位估计值，并通过线性插值的方法计算时隙内其他符号位置的相位估计值，得到时隙内的频率估计值；

校正补偿模块，用于根据定时偏差估计值，查找相位偏移信息，对整个时隙内的所有符号进行定时补偿，得到定时补偿后的结果；并根据时隙内的频率估计值，对定时补偿后的结果进行频率补偿，得到频率补偿后的结果。

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