CN1427596A - Ofdm无线通信系统频偏补偿的方法及其电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系统频偏补偿的方法及其电路装置。该方法及其电路装置是利用匹配滤波器作互相关运算所得的峰值，计算出因频偏引起的相位误差的指数值而不是相位误差值本身，然后求出exp(jn△θ)(n=－32，－31，…，31，32)的近似值进行频偏补偿。本方法具有补偿误差与时间不成累计关系的特点且计算方法快捷、实现电路简单等优点。

Description

OFDM无线通信系统频偏补偿的方法及其电路装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的频偏补偿方法以及电路装置，尤其是一种OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系统频偏补偿的方法及其由该方法获得的电路装置。

背景技术

在无线通信系统中，由于解扩时本地振荡器振荡的频率不能与载波频率完全吻合，对于发送信号c(n)，其接收信号s(n)将包含下式所示的频偏。

                s(n)＝c(n)exp(jnΔθ+θ₀)式中Δθ＝2πΔf/fs，即为1个时钟内产生的频偏角度，Δf为频偏，f_s为系统采样频率。在接收端，要对所接受到的信号进行频偏补偿。

频偏补偿的基本原理是，先求出exp(jnΔθ)，然后按下式进行补偿。

                    s(n)＝s(n)exp(-jnΔθ)＝c(n)exp(θ₀)

目前采用的计算exp(jnΔθ)的方法，其推定相位差exp(jnΔθ)，n＝0，1，2，…，4095*8与时间n成累计关系，导致频偏补偿误差也与时间成累计关系。

发明内容

为了克服无线通信系统中频偏补偿时补偿误差与时间成累计关系，发明了一种近似计算exp(jnΔθ)的值进行频偏补偿的方法，即无线通信系统频偏补偿的方法。所述方法是针对基于IEEE802.11a或HiperLAN2标准的无线通信系统的频偏补偿方法，而频偏补偿的目的则是利用频偏补偿纠正因频偏引起的相位的连续性变化，使得在一个OFDM信号的64个采样内相位基本无变化。因此，只要分别求出这64个补偿值即可进行频偏补偿。计算表达式如下所示： ${C\left(n\right)e}^{j(n\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0)}{e}^{j\left(31\mathrm{\Δ\θ}\right)}={C\left(n\right)e}^{j[(n+31)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}$ ${C(n+1)e}^{j[(n+1)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}{e}^{j\left(30\mathrm{\Δ\θ}\right)}={C(n+1)e}^{j[(n+31)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}$ ${C(n+2)e}^{j[(n+2)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}{e}^{j\left(29\mathrm{\Δ\θ}\right)}={C(n+2)e}^{j[(n+31)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}$ ${C(n+62)e}^{j[(n+62)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}{e}^{-j\left(31\mathrm{\Δ\θ}\right)}={C(n+62)e}^{j[(n+31)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}$ ${C(n+63)e}^{j[(n+63)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}{e}^{j\left(32\mathrm{\Δ\θ}\right)}={C(n+63)e}^{j[(n+31)\mathrm{\Δ\θ}+{\mathrm{\θ}}_0]}$

从上面的表达式组的规律可以看出，只需计算出exp(jnΔθ)(n＝-32，-31，…，31，Δθ)。首先，利用exp(-j16Δθ)的值求出cos(16Δθ)和sin(16Δθ)，用一种近似的方法求出cos(nΔθ)和sin(nΔθ)以得到exp(-jnΔθ)(n＝1，2，3，...，15)；然后利用exp(-j16Δθ)*exp(-jnΔθ)＝exp(-j(n+16)Δθ)的公式得到exp(-jnΔθ)(n＝17，18，19，...，31)；exp(-j16Δθ)*exp(-j16Δθ)＝exp(-j32Δθ)；最后，用同样的原理可以计算出其他的32个补偿值exp(jnΔθ)(n＝1，2，3，...，32)。另外，根据所述的方法还有具体实现的电路装置，其中一种是由至少一个正、余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个选择电路、一个A/D乘法器构成的频偏补偿电路，另一种是至少由一个正、余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个AD电路、一个A/D乘法器构成的频偏补偿电路装置。

如上所述，利用exp(-j16Δθ)的值求出exp(-jnΔθ)(n＝-32，-31，...，31，32)的近似值进行频偏补偿的方法具有补偿误差与时间不成累积关系、计算方法简单、实现电路简单等优点。

附图说明：

图1是二分角示意图，其中θ和θ’是小于75°的任意角度。

图2是频偏补偿电路方案一。

图3是频偏补偿电路方案二。

具体实施方式：

下面具体介绍利用cos(16Δθ)和sin(16Δθ)的值求出cos(nΔθ)和sin(nΔθ)(n＝1，2，3，...，15)的近似值的方法。

如图1所示，以二分角为例，在0-75°的范围内， $\frac{1-\cos (\mathrm{\θ}/2)}{1-\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}\≅\frac{1-\cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}/2)}{1-\cos \left({\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}\≡K_{\cos },$ 通过周密地计算、分析和论证，发现K_cos可以近似为常数的规律。以此为根据，推导出计算cos(nΔ)(n＝1，2，3，...，15)的公式。并且，当选择θ＝65°时的K_cos为系数是最适合的，近似计算结果和精确计算结果之间的误差小于0.005。

            cos(nΔθ)≌1-K_cos(n)(1-cos(16Δθ))

同理可证，以二分角为例，在0-75°的范围内， $\frac{\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}{\sin (\mathrm{\θ}/2)}\≅\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}^{\′}\right)}{1-\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}/2)}\≡K_{\sin }$ ，其中K_sin近似为常数。并且，为了把近似计算结果和精确计算结果之间的误差控制在0.005以内，最好是把72°等分为8份然后选择最合适的角度计算K_sin系数。

图2、图3提供了实现这种频偏补偿的两个具体电路的参考方案。它们分别是由至少一个正弦或余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个选择电路、一个数字乘法器构成的频偏补偿数字电路装置和至少由一个正、余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个AD变换电路、一个数模混合乘法器构成的数模混合频偏补偿电路装置。这两个装置的共同特点是所述的正、余弦近似回路，其信号输出端至少有两路信号输出端与本回路的信号输出端同为所述频偏补偿电路的信号混合运算输入端。

Claims (7)

1、一种无线通信系统频偏补偿方法，利用匹配滤波器作互相关运算所得exp(-j16Δθ)值求出exp(jnΔθ)(n＝-32，-31，…，31，32)的近似值进行频偏补偿，使得补偿误差与时间不成累计关系，其特征在于：

(1)  用exp(-j16Δθ)的值求出cos(16Δθ)和sin(16Δθ)；

(2)  求出cos(nΔθ)和sin(nΔθ)的近似值从而计算出exp(-jnΔθ)(n＝1，2，3，…，15)；

(3)  利用exp(-j16Δθ)*exp(-jnΔθ)＝exp(-j(n+16)Δθ)的公式计算出exp(-jnΔθ)(n＝17，18，19，…，31)

(4)  计算出exp(-j32Δθ)的值，exp(-j16Δθ)*exp(-j16Δθ)＝exp(-j32Δθ)

(5)  计算出其他32个补偿值exp(jnΔθ)(n＝1，2，3，…，32)

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：cos(nΔθ)和sin(nΔθ)(n＝1，2，3，…，15)的值是利用系数K_cos和K_sin近似为常量的规律求出的近似值。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：选择θ＝65°时的K_cos作为常量系数，使得近似计算结果和精确计算结果之间的误差小于0.005。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于：把72°等分为8份然后选择最合适的角度计算K_sin作为常量系数，使得近似计算结果和精确计算结果之间的误差小于0.005。

5、一种如权利要求1所述的方法所涉及的电路装置，其特征在于：所述装置至少由一个正、余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个选择电路、一个A/D乘法器构成。

6、一种如权利要求1所述的方法所涉及的电路装置，其特征在于：所述装置至少由一个正、余弦近似回路、一组频偏补偿电路、一个AD电路、一个A/D乘法器构成。

7、根据权利要求5或6所述的方法所涉及的电路装置，其特征在于：所述的正、余弦近似回路，其信号输出端至少有两路信号输出端与本回路的信号输入端同为所述频偏补偿电路的信号混合运算输入端。

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