CN1968242A - 一种频偏跟踪与信道均衡联合方法及实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于OFDM系统的频偏跟踪与信道均衡联合方法，包括：估计出变换到频域的OFDM数据符号的每个导频位置上的信道响应初始值H_n，ki；将所述信道响应初始值H_n，ki与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的信道响应估计值H′_n－1，ki进行加权相加，得到加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

；将全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值

；将所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值完成信道均衡。采用本发明在最终进行信道均衡之前，已经消除了剩余频偏所引起的信道估计结果的变化，使得信道估计更准确。

Description

一种频偏跟踪与信道均衡联合方法及实现系统

技术领域

本发明涉及正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统，尤其涉及一种频偏跟踪与信道均衡联合方法及实现系统。

背景技术

正交频分复用(OFDM)传输系统不仅具有较高的频谱效率，而且能够有效对付频率选择性衰落，非常适合于宽带传输，因而被广泛应用于各种无线宽带通信系统中。其主要弱点是对载波频偏较为敏感，因此OFDM接收机要采取各种措施来消除频偏，包括利用前导字和导频进行频偏的捕获与跟踪等。同时，为了对付无线信道中的多径衰落，OFDM接收机还必须进行适当的信道估计与均衡。因此，频偏跟踪校正和信道估计均衡都是OFDM接收机的关键部分。

由于载波频偏对于信道估计的结果存在较大的影响，因此OFDM接收机往往需要在进行信道估计之前就力求使得载波频偏估计准确并尽量予以消除；但是，即使是利用前导序列和导频等已知信息，由于噪声和信道畸变的影响，在没有对信道进行估计与均衡之前要对载波频偏进行准确的估计是非常困难的。这显然是一对矛盾。因此，实际的OFDM接收机中的信道估计器总是在一定范围的剩余频偏的影响下工作。

如图1所示，典型的OFDM接收机首先是在时域，即快速傅立叶变换(FastFourier Transform Algorithm，FFT)之前利用前导序列的自相关等统计量来进行频偏的粗估计和校正。由于噪声和信道畸变的存在以及前导序列长度的有限性，该频偏不可能被完全消除，特别是在低信噪比和衰落条件下更是如此。因此，需要在频域(FFT变换之后)利用前后符号的导频分量来对剩余频偏进行不断地估计和跟踪(如图1中左边的虚线框所示)。由于无线信道往往是时变的，因此需要再对频偏跟踪校正之后的结果进行信道估计与均衡(如图1中右边的虚线框所示)。

从图1可以看出，典型的无线OFDM接收机在频域(FFT变换之后)需要相继完成频偏的跟踪校正和信道的估计与均衡。但是在进行频偏跟踪校正之前，信道的时变衰落并没有得到及时地估计与均衡，因此该频偏是很难被准确、快速地估计。这些带有未校正的剩余频偏的数据符号被再送至信道均衡单元进行信道估计，同样也难以快速准确地估计出信道响应，从而使系统传输性能降低。

此外，由于剩余频偏的影响，信道估计的结果也不断发生变化，使得无法利用连续多个OFDM数据符号的信道估计结果来进行适当的平滑从而消除噪声和干扰对信道估计的影响，这对低信干噪比条件下的接收机性能尤为不利。

发明内容

本发明提供一种频偏跟踪与信道均衡联合方法，用以解决现有技术中由于对载波剩余频偏未进行跟踪校正处理，难以快速准确地估计出信道响应，从而使系统传输性能降低的问题。

本发明另提供相对应的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统。

本发明方法包括：包括：

A、估计出变换到频域的OFDM数据符号的每个导频位置上的信道响应初始值H_n，ki，其中，n为符号序号，k_i为第i个导频分量的子载波序号；

B、将所述信道响应初始值H_n，ki与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的信道响应估计值H_n-1，ki′进行加权相加，得到加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

C、将全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值

D、将所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡。

根据本发明的上述方法，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法为：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值

中提取出导频处的信道估计值，并延迟一个OFDM数据符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道响应初始值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

根据本发明的上述方法，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法还可以是：

将所述加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

延迟一个OFDM数据符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道响应初始值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

根据本发明的上述方法，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法还可以是：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值 中提取出导频处的信道估计值，分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

根据本发明的上述方法，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法还可以是：

将所述加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值 分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

根据本发明的上述方法，步骤B中所述进行加权相加，具体计算公式为：

${\hat{H}}_{n,k_i}=\mathrm{\α}{H}_{n,k_i}+(1-\mathrm{\α})H_{n-1,k_i}^{\′}$

式中，α为加权系数，且0≤α≤1。

所述α的取值由信道变化的快慢决定；当信道变化快时，α取较大值；当信道变化慢时，α取较小值。

根据本发明的上述方法，步骤C中所述将全部导频处的信道估计值进行内插，具体方法包括但不限于：

线性内插、样条内插、Lagrange多项式内插或快速反傅立叶变换IFFT/快速傅立叶变换FFT时域内插。

根据本发明的上述方法，所述求取复相位，包括但不限于采用幅度归一化方式或采用直接相角求取方式。

本发明提供一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，分别发送给所述第一乘法单元和加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给所述内插单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给所述除法单元和所述导频信道估计值提取单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到所述符号延迟单元；

所述符号延迟单元将所述导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到所述复共轭计算单元和第二乘法单元；

所述复共轭计算单元计算出符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与当前该导频处的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

本发明还提供一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，分别发送给所述第一乘法单元和加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果分别输出给所述内插单元和符号延迟单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，发送给所述除法单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述符号延迟单元将加权平滑单元处理后的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到所述复共轭计算单元和第二乘法单元；

所述复共轭计算单元计算出符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与当前该导频处的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

本发明还提供一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，发送给所述加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给所述内插单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给所述除法单元和所述导频信道估计值提取单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到所述第一符号延迟单元；

所述第一符号延迟单元将所述导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到第二符号延迟单元、第一乘法单元和第二乘法单元；

所述第二符号延迟单元将所述第一符号延迟单元的输出延迟一个OFDM数据符号间隔，发送到所述复共轭计算单元；

所述复共轭计算单元计算出第二符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与所述第一符号延迟单元输出的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述第一符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

本发明还提供一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，发送给所述加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果分别输出给所述内插单元和第一符号延迟单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，发送给所述除法单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述第一符号延迟单元将加权平滑单元处理后的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到第二符号延迟单元、第一乘法单元和第二乘法单元；

所述第二符号延迟单元将所述第一符号延迟单元的输出延迟一个OFDM数据符号间隔，发送到所述复共轭计算单元；

所述复共轭计算单元计算出第二符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与所述第一符号延迟单元输出的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述第一符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

本发明有益效果如下：

(1)本发明实现了载波剩余频偏跟踪和信道估计与均衡的有效结合，消除了二者之间的相互影响，即在最终进行信道均衡之前，已经消除了载波剩余频偏所引起的信道估计结果的变化，并由此实现前后符号信道估计值的加权平滑滤波，使得信道估计更准确；同时，利用平滑之后的信道估计结果来进行载波剩余频偏的跟踪和校正，使得跟踪结果更为可靠。

(2)由于本发明对导频处的信道估计值进行了简单有效的递归加权相加，相当于对信道估计值进行了逐符号积分平滑，从而对噪声和干扰具有显著的滤波效果。同时，可以通过改变加权系数的大小极为方便地调整对信道变化的跟踪能力。

(3)本发明在进行载波频偏跟踪校正之前，将所有导频信道估计值的符号间变化量进行求和后再求复相位，有效消除了噪声和干扰对不同子载波的随机影响，并能避免幅值较小的信道响应值所引起的误差扩散。

(4)本发明提供的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统结构简单，计算复杂度小。

附图说明

图1为现有技术OFDM接收机的频偏跟踪与信道均衡实现框图；

图2为本发明频偏跟踪与信道均衡联合实现系统结构示意图之一；

图3为本发明频偏跟踪与信道均衡联合实现系统结构示意图之二；

图4为本发明频偏跟踪与信道均衡联合实现系统结构示意图之三；

图5为本发明频偏跟踪与信道均衡联合实现系统结构示意图之四。

具体实施方式

为叙述方便，本发明引入如下符号：

N：OFDM调制子载波数目；

k_i：第i个导频分量的子载波序号，0≤k_i≤N-1，其中i＝1，2，...，p，p为导频的个数；

P_n，ki：第n个符号的第i个导频分量的发送值，为已知量；

P_n，ki：第n个符号的第i个导频分量的实际接收值；

H_n，ki：所初步估计出的第n个符号的第i个导频位置上的信道响应；

H′_n，ki：经过频偏校正之后的第n个符号的第i个导频位置上的信道响应；

经过前后符号加权平滑滤波之后的第n个符号的第i个导频位置上的信道响应；

经过内插后所得到的第n个符号的第k个子载波位置上的信道响应。

本发明提供的频偏跟踪与信道均衡联合方法，包括：

(1)估计出变换到频域的OFDM数据符号的每个导频位置上的信道响应初始值H_n，ki；即：

经过时域处理之后的OFDM数据符号首先进行FFT变换到频域；其次，从第n个OFDM符号中提取出位于第k_i(i＝1，2，...，p)个子载波上的导频分量P_n，ki，这样的导频分量共有p个，采用现有技术中的任意方法估计出导频处的信道响应初始值，例如，根据最小二乘准则(LS)，可得第n个符号、第i个导频处的信道响应为

$H_{n,k_i}=\frac{P_{n,k_i}}{{\stackrel{\‾}{P}}_{n,k_i}}---\left(1\right)$

(2)将信道响应初始值H_n，ki与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的信道响应估计值H_n-1，ki′进行加权相加，得到加权平滑滤波之后的新的当前导频处的信道估计值

将H_n，ki和H_n-1，ki′进行加权相加，具体计算公式为：

${\hat{H}}_{n,k_i}=\mathrm{\α}{H}_{n,k_i}+(1-\mathrm{\α})H_{n-1,k_i}^{\′}---\left(2\right)$

式(2)中，α为加权系数，且0≤α≤1。

显然，从式(2)递归式可知， 中包含了经过频偏校正的此前所有符号的信道估计结果的影响，因此对噪声和干扰具有平滑滤波的效果。α的大小决定于信道变化的快慢，信道变化越快，α应越大，但此时的平滑滤波效果越差；反之，信道变化越慢，α可越小，此时的平滑滤波效果越好。仿真表明，一般城域或局域中低速无线移动环境下，α可取为0.25。

(3)将全部导频处的信道估计值进行内插，即：

对全部p个导频处的信道估计值 (i＝1，2，...，p)进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值 (k＝0，1，...，N-1)。内插的方法可以是现有技术中的任何内插方法，包括但不限于众所周知的线性内插，样条内插，Lagrange多项式内插，IFFT/FFT时域内插，等等。

(4)用内插后得到的所有子载波上的信道响应估计值 去除当前OFDM数据符号的所有子载波的接收值(信道响应估计值作为除数，即分母；当前符号所有子载波的接收值作为被除数，取分子)，从而完成信道均衡，输出已进行过信道均衡的数据值。

其中，导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法有如下几种，分别为：

方法一：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值 中抽取出导频处的信道估计值 并延迟一个OFDM符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道估计值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量。为消除噪声和干扰对不同子载波的随机影响，并避免幅值较小的信道估计值所引起的误差扩散，对所有导频子载波的上述变化量求取和值，设该和值为x，即

$x=\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{n,k_i}{\tilde{H}}_{n-1,k_i}^{*}---\left(3\right)$

然后求取和值的复相位 $e^{\mathrm{j\θ}}=\frac{x}{\left|x\right|}.$ 用该复相位乘以前一个符号的各导频子载波信道估计值 即得到频偏完全跟踪上的前一个符号的导频信道估计值H_n-1，ki′

方法二：

将加权平滑滤波之后的新的当前导频处的信道估计值 延迟一个OFDM数据符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道响应初始值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

按上式(3)对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位 $e^{\mathrm{j\θ}}=\frac{x}{\left|x\right|},$ 用复相位乘以前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

方法三：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值 中提取出导频处的信道估计值，分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

方法四：

将加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

根据本发明的上述频偏跟踪与信道均衡联合方法，本发明提供一种相对应的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统之一，其结构示意图如图2所示，包括：

包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元。

各单元的相应功能及相互控制关系如下：

FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

导频信道响应初始值估计单元提取频域导频，并估计出每个导频处的信道响应初始值，分别发送给第一乘法单元和加权平滑单元；

加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给内插单元；

内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给除法单元和所述导频信道估计值提取单元；

除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到符号延迟单元；

符号延迟单元将导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到复共轭计算单元和第二乘法单元；

复共轭计算单元计算出符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到第一乘法单元；

第一乘法单元将复共轭值与当前该导频处的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给求复相位单元；

求复相位单元求取和值的复相位，并输出结果给第二乘法单元；

第二乘法单元用复相位乘以延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到前一个符号的导频信道估计值，输出给加权平滑单元。

本发明还提供一种相对应的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统之二，其结构示意图如图3所示，包括：

FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元。

图3所示系统结构与图2所示系统结构相比，省去了导频信道估计值提取单元，符号延迟单元的输入为加权平滑单元处理后的信道估计值

各单元的相应功能及其余部分的相互控制关系与图2系统相同，不重述。

本发明还提供一种相对应的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统之三，其结构示意图如图4所示，包括：

FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元。

各单元的相应功能及相互控制关系如下：

FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，发送给加权平滑单元；

加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给内插单元；

内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给除法单元和导频信道估计值提取单元；

除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到第一符号延迟单元；

第一符号延迟单元将所述导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到第二符号延迟单元、第一乘法单元和第二乘法单元；

第二符号延迟单元将所述第一符号延迟单元的输出延迟一个OFDM数据符号间隔，发送到复共轭计算单元；

复共轭计算单元计算出第二符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到第一乘法单元；

第一乘法单元将所述复共轭值与第一符号延迟单元输出的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给求和单元；

求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给求复相位单元；

求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给第二乘法单元；

第二乘法单元用复相位乘以第一符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给加权平滑单元。

本发明还提供一种相对应的频偏跟踪与信道均衡联合实现系统之四，其结构示意图如图5所示，包括：

FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元。

图5所示系统结构与图4所示系统结构相比，省去了导频信道估计值提取单元，第一符号延迟单元的输入为加权平滑单元处理后的信道估计值 各单元的相应功能及其余部分的相互控制关系与图4系统相同，不重述。

综上所述，采用本发明方法与实现系统，能同时进行载波剩余频偏跟踪和信道估计与均衡，能够有效消除二者之间的相互影响，使信道估计与频偏跟踪均更为准确、可靠。

本发明通过对导频处的信道估计值进行简单有效的递归加权相加，以实现对噪声和干扰进行平滑滤波；并通过改变加权系数的大小可以方便地调整环路对信道变化的跟踪能力。

本发明方法在进行载波频偏跟踪校正之前，将所有导频信道估计值的符号间变化量进行求和后再求复相位，以便消除噪声和干扰对不同子载波的随机影响，并可避免幅值较小的信道响应值所引起的误差扩散。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1、一种频偏跟踪与信道均衡联合方法，应用于正交频分复用OFDM系统中，其特征在于，包括：

A、估计出变换到频域的OFDM数据符号的每个导频位置上的信道响应初始值H_n，ki，其中，n为符号序号，k_i为第i个导频分量的子载波序号；

B、将所述信道响应初始值H_n，ki与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的信道响应估计值H_n-1，ki′进行加权相加，得到加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

C、将全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值

D、将所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法为：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值

中提取出导频处的信道估计值，并延迟一个OFDM数据符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道响应初始值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法为：

将所述加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值 延迟一个OFDM数据符号间隔，取其复共轭值后再与当前该导频处的信道响应初始值H_n，ki相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法为：

从内插之后所获得的各子载波信道估计值

中提取出导频处的信道估计值，分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′的获取方法为：

将所述加权平滑滤波之后的当前导频处的信道估计值

分别延迟一个和两个OFDM数据符号间隔；

将延迟了两个OFDM数据符号间隔的所述信道估计值取其复共轭值，再与延迟了一个符号间隔所述信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量；

对所有导频子载波的上述变化量求和；并对和值求取复相位，用所述复相位乘以前一个OFDM数据符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个OFDM数据符号的导频信道估计值H_n-1，ki′。

6、如权利要求1-5任意权项所述的方法，其特征在于，步骤B中所述进行加权相加，具体计算公式为：

${\hat{H}}_{n,k_i}={\mathrm{\αH}}_{n,k_i}+(1-\mathrm{\α})H_{n-1,k_i}^{\′}$

式中，α为加权系数，且0≤α≤1。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述α的取值由信道变化的快慢决定；当信道变化快时，α取较大值；当信道变化慢时，α取较小值。

8、如权利要求1-5任意权项所述的方法，其特征在于，步骤C中所述将全部导频处的信道估计值进行内插，具体方法包括但不限于：

线性内插、样条内插、Lagrange多项式内插或快速反傅立叶变换IFFT/快速傅立叶变换FFT时域内插。

9、如权利要求2-5任意权项所述的方法，其特征在于，所述求取复相位，包括但不限于采用幅度归一化方式或采用直接相角求取方式。

10、一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，其特征在于，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，分别发送给所述第一乘法单元和加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给所述内插单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给所述除法单元和所述导频信道估计值提取单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到所述符号延迟单元；

所述符号延迟单元将所述导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到所述复共轭计算单元和第二乘法单元；

所述复共轭计算单元计算出符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与当前该导频处的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

11、一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，其特征在于，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，分别发送给所述第一乘法单元和加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果分别输出给所述内插单元和符号延迟单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，发送给所述除法单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述符号延迟单元将加权平滑单元处理后的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到所述复共轭计算单元和第二乘法单元；

所述复共轭计算单元计算出符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与当前该导频处的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

12、一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，其特征在于，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、导频信道估计值提取单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，发送给所述加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果输出给所述内插单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，分别发送给所述除法单元和所述导频信道估计值提取单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述导频信道估计值提取单元从各子载波的信道估计值中提取出导频处的信道估计值，发送到所述第一符号延迟单元；

所述第一符号延迟单元将所述导频信道估计值提取单元输出的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到第二符号延迟单元、第一乘法单元和第二乘法单元；

所述第二符号延迟单元将所述第一符号延迟单元的输出延迟一个OFDM数据符号间隔，发送到所述复共轭计算单元；

所述复共轭计算单元计算出第二符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与所述第一符号延迟单元输出的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述第一符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

13、一种频偏跟踪与信道均衡联合实现系统，其特征在于，包括：FFT变换单元、导频信道响应初始值估计单元、加权平滑单元、内插单元、除法单元、第一符号延迟单元、第二符号延迟单元、复共轭计算单元、第一乘法单元、求和单元、求复相位单元和第二乘法单元；

所述FFT变换单元将经过时域处理后的OFDM数据符号变换到频域，分别发送给所述导频信道响应初始值估计单元和除法单元；

所述导频信道响应初始值估计单元提取频域导频并估计出每个导频处的信道响应初始值，发送给所述加权平滑单元；

所述加权平滑单元将每个导频处的信道响应初始值与经过频偏校正后的前一个OFDM数据符号相同导频位置处的导频信道估计值进行加权相加，并将加权相加结果分别输出给所述内插单元和第一符号延迟单元；

所述内插单元对全部导频处的信道估计值进行内插，得到所有子载波上的信道响应估计值，发送给所述除法单元；

所述除法单元用所有子载波上的信道响应估计值去除当前符号所对应的所有子载波上的接收值，完成信道均衡；

所述第一符号延迟单元将加权平滑单元处理后的导频处的信道估计值延迟一个OFDM数据符号间隔，分别发送到第二符号延迟单元、第一乘法单元和第二乘法单元；

所述第二符号延迟单元将所述第一符号延迟单元的输出延迟一个OFDM数据符号间隔，发送到所述复共轭计算单元；

所述复共轭计算单元计算出第二符号延迟单元处理后的信道估计值的复共轭值，发送到所述第一乘法单元；

所述第一乘法单元将所述复共轭值与所述第一符号延迟单元输出的信道估计值相乘，得到由于剩余载波频偏所引起的前后符号信道估计值的变化量，并输出结果给所述求和单元；

所述求和单元计算出所有导频子载波的所述变化量的和值，并输出计算结果给所述求复相位单元；

所述求复相位单元求取所述和值的复相位，并输出结果给所述第二乘法单元；

所述第二乘法单元用所述复相位乘以所述第一符号延迟单元输出的前一个符号的各导频子载波信道估计值，得到所述前一个符号的导频信道估计值，输出给所述加权平滑单元。

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