CN1427595A - Ofdm通信系统均衡器相位补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对基于IEEE802.11a或Hiper LAN2标准的OFDM通信系统中均衡器的两种相位补偿新方式。方式一利用导频信号的数值近似角度，通过直线近似插值法求出补偿系数。方式二，通过对已知相位的导频信号进行归一化后的数值近似导频信号的相位角度，求出补偿系数进行相位补偿。两种方式具有电路实现简单、功耗低等优点。

Description

说明书 OFDM通信系统均衡器相位补偿方法

技术领域

在数字通信领域中，本发明基于IEEE802.11a或Hiper LAN2标准的OFDM通信系统提出了新的均衡器相位补偿方法，尤指OFDM通信系统均衡器相位补偿方法。

背景技术

众所周知，在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信的数字通信系统中，需要传送的数据首先要通过调制器调制到规定的载波上进行传输。为了在接收机中正确地接收所发送的信息，必须准确知道各个子载波的相位或幅度特性。通常情况下，受载波频偏、同步时间偏差和频率选择性衰落等因素的影响，载波的幅度和相位会产生随机误差。对于以包(packet)为单位进行传输的数据传输，只要能够准确的接收每个数据包，数据传送就可以正常进行。为了比较准确地纠正因通信信道的特性变化引起的误码，首先在每个数据包传送期间，可以将信道看成非时变信道，从而可以利用接收到的训练序列(Training Symbols)的信息来估计信道的频率响应，对载波的幅度和相位进行补偿，即一次补偿。其次，载波频率和采样偏差使数据会使数据的相位发生变化，此时可以通过接收到的已知相位的导频信号(Pilots)来估计导频信号周围的数据所发生的相位变化，便进行相位补偿，即二次补偿。实现这两次补偿的电路叫作信道均衡器。

对基于IEEE802.11a或Hiper LAN2标准的OFDM通信系统，其均衡器的输入信号是FFT输出的结果，包括长同步头(Long preamble)、信号和数据。

第一次补偿：

根据OFDM系统原理，可得Y(k)＝C(k)X(k)+Z(k)。其中：k为子载波序号，C(k)为子载波k的信道，X(k)为子载波k的发送数据，Z(k)为子载波k的噪声，Y(k)为子载波k的接收信号。在PPDU数据包中，长同步头包括两个长信号符号(Long Symbol)，包括52个样点，为一组固定序列，可以根据接收到的长同步头序列采样值来进行信道估计。设接收到的两个长信号符号采样值矢量分别为L_RX1、L_RX2，发送的两个长信号符号采样值矢量分别为L_TX1、L_TX2，则有下式成立。 $C\left(k\right)=\frac{L_{\mathrm{RX}1}+L_{\mathrm{RX}2}}{L_{\mathrm{TX}1}+L_{\mathrm{TX}2}}$ 用得到的C(k)对子载波k的幅度和相位进行第一次补偿。补偿的表达式如下式， $X\left(k\right)=\frac{Y\left(k\right)}{C\left(k\right)}=\frac{Y\left(k\right)*\mathrm{conj}\left(C\left(k\right)\right)}{{\left|C\left(k\right)\right|}^2}$ $X_I\left(k\right)=Y_I\left(k\right)*\frac{C_I\left(k\right)}{{\left|C\left(k\right)\right|}^2}+Y_Q\left(k\right)*\frac{C_Q\left(k\right)}{{\left|C\left(k\right)\right|}^2}$ $X_Q\left(k\right)=Y_Q\left(k\right)*\frac{C_I\left(k\right)}{{\left|C\left(k\right)\right|}^2}-Y_I\left(k\right)*\frac{C_Q\left(k\right)}{{\left|C\left(k\right)\right|}^2}$ 由上式可知，只要求出系数

，就可以完成第一步补偿。

第二次补偿：

导频信号分布在位置为[-21，-7，7，21]的子载波上，其频域响应值分别为[1，1，1，-1]，相位分别为[0，0，0，π]。通常采用的第二次补偿方法步骤是：首先根据接收到的每个OFDM信号的导频子载波的实际相位可以计算出导频子载波在传输过程中产生的相位偏差角θi(i＝1～4)，然后利用导频相位近似成直线Y(x)＝ax+b(x＝-26～-1，1～26)的特性估计出其他48个子载波的相位偏差角Y(k)，k＝1～48，再后对其他子载波的相位进行近似估计来进行第二次补偿。其中， $a=\frac{({\mathrm{\θ}}_4-{\mathrm{\θ}}_2)+({\mathrm{\θ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1)}{2\×28}$ $b=\frac{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3+{\mathrm{\θ}}_4}{4}$ 补偿表达式如下所示：

              X₂(k)＝X(k)*exp(-i*Y(k))其中X₂(k)为均衡器的最终输出结果。

由于实际的相位角度并非成线性关系，并且计算导频的相位偏差角度需要求非线性函数arctan()，作补偿时需要计算exp()，所以电路构成复杂、规模大、功耗大。

发明内容

本发明所要解决的问题是以IEEE802.11a或Hiper LAN2标准的OFDM通信系统为基本，通过创新的均衡器相位补偿方法之步骤解决常规均衡器在电路结构设计上的繁杂、规模浩大，电路功耗大等问题。籍此，本发明提供的主要技术方案是一种OFDM通信系统均衡器相位补偿方法，包括均衡器相位第一次补偿方法和均衡器相位第二次补偿方法，其中，所述第一次补偿方法有如下算式步骤：

并且由此可得算式：Y₁(x)＝a₁x+b₁(x＝-26～-1，1～26)；

其中，θ_i为相位偏差角、p_i为导频数值、且各自值域1至4，Y₁(x)为拟合的导频相位直线值系数；

所述第二次补偿方法行如下算式：X₂(k)＝X(k)*conj(Y₁(k))k＝1～48；

其中，Y₁(k)为子载波的相位补偿系数，X(k)为第一次补偿的输出结果，conj()为复数的共轭，X₂(k)为均衡器的最终输出结果。

上述的均衡器相位补偿方法，还包括对均衡器相位第一次补偿方法和均衡器相位第二次补偿方法中的相位偏差角的补偿方法，其中，所述方法有如下算式步骤： $\stackrel{-}{P}=\frac{p_1+p_2+p_3+p_4}{4}$ $P=\frac{\stackrel{-}{P}}{\left|\stackrel{-}{P}\right|}$

则对第一次补偿输出，进行第二次补偿的表达式为：

    X₂(k)＝X(k)*conj(P)

其中，X₂(k)为均衡器的最终输出结果，X(k)为第一次补偿的输出结果。

综合上述的方法，不难看出本发明在提供的解决常规均衡器电路设计上结构过于复杂等问题上所提供的技术方案其实质的特点和显著的进步是十分明显的：即可以避免求导频的相位角和指数函数运算，又可以降低了电路实现的难度。

附图说明

图1  OFDM接收机结构示意图；

图2  均衡器相位估计算法示意图。

具体实施方式

由图1及图2，本发明提供了OFDM通信系统均衡器相位补偿方法。因为OFDM系统允许的频偏范围为±250KHz左右，而且经过第一次频偏补偿后的残留频偏差在±2KHz左右，因此，同一OFDM样本中的两个数据点之间的相位偏差角Δθ在±6.28*10^-4左右，如此小的角度完全可以用数值的变化来进行近似。将4个导频数据归一化，用导频数值的变化来近似其相位偏差角度的变化，设归一化后的4个导频数值分别为P₁、P₂、P₃、P₄，可得如下计算公式

同样可以得到：Y₁(x)＝a₁x+b₁(x＝-26～-1，1～26)。根据拟合直线估计出其他48个子载波的相位补偿系数Y₁(k)，k＝1～48，然后对第一次补偿得到的数据进行第二次补偿。补偿表达式如下：

      X₂(k)＝X(k)*conj(Y₁(k))    k＝1～48其中，X(k)为第一次补偿的输出结果，conj()为复数的共轭，X₂(k)为均衡器的最终输出结果。这种方法可以避免求导频的相位角和指数函数运算，降低了电路实现的难度。

并且，通过仿真发现，受各种因素的影响，信号频率发生了偏移，使得每个OFDM信号中的52个数据的相位偏差角，即使在没有任何干扰的情况下也不会构成一条比较理想的直线。通过大量的仿真发现，将所有的相位偏差角假设为相同时更加符合实际情况。因此将第一种解决方案中的近似直线的斜率a₁假设为0，直接利用4个导频的均值来近似其他子载波的相位偏差会更好。即，用如下所示的相位估计的表达式近似实际的相位偏差角。

则对第一次补偿输出，进行第二次补偿的表达式为：

      X₂(k)＝X(k)*conj(P)其中X₂(k)为均衡器的最终输出结果，X(k)为第一次补偿的输出结果。这种补偿方法，不仅可以避免求导频的相位角和指数函数运算，而且因为一个OFDM信号只需用同一个补偿系数，极大地降低了电路实现的难度。

Claims (2)

1.一种OFDM通信系统均衡器相位补偿方法，包括均衡器相位第一次补偿方法和均衡器相位第二次补偿方法，其特征是，所述第一次补偿方法有如下算式步骤：

并且由此可得算式：Y_t(x)＝a₁x+b₁(x＝-26～-1，1～26)；其中，θ_i为相位偏差角、p_i为导频数值、且各自值域1至4，Y₁(x)为拟合的导频相位直线值系数；所述第二次补偿方法有如下算式：X₂(k)＝X(k)*conj(Y₁(k)))k＝1～48；其中，Y₁(k)为子载波的相位补偿系数，X(k)为第一次补偿的输出结果，conj()为复数的共轭，X₂(k)为均衡器的最终输出结果。

2.一种如权利要求1所述的OFDM通信系统均衡器相位补偿方法，还包括对均衡器相位第一次补偿方法和均衡器相位第二次补偿方法中的相位偏差角的补偿方法，其特征是，所述方法有如下算式步骤：

则对第一次补偿输出，进行第二次补偿的表达式为：

   X₂(k)＝X(k)*conj(P)

其中，X₂(k)为均衡器的最终输出结果，X(k)为第一次补偿的输出结果。