CN208691289U - 一种基于ocml序列的多普勒频移估计设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，包括：OFDM信号产生装置、OFDM信号调制装置、OCML序列生成装置、导频数目计算装置、导频插入装置、OCML‑OFDM信号预处理装置、自相关性分析装置、多普勒频移值估计装置及存储装置。本实用新型可以有效提高OFDM系统的性能。

Description

一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备

技术领域

本实用新型涉及OFDM通信技术领域，具体涉及一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备。

背景技术

在移动通信系统中，OFDM技术具有良好的抗噪声性能和抗多径信道干扰的能力，在宽带领域的应用具有很大的潜力。但是OFDM技术对频偏十分敏感，从而影响各个子载波之间的正交。而多普勒频移是产生载波偏移的主要原因之一，因此对OFDM系统中多普勒频移的大小进行准确估计十分重要。当前，业界已经提出了很多关于多普勒频移估计的算法，其中比较典型的有：基于循环前缀估计法、最大似然估计法等等。由于循环前缀是OFDM符号的一部分复制，其估计的精度受信噪比的影响较大，当信噪比低的时候它的估计精度很差。而最大似然估计法可以得到比较精确的多普勒频移信息，但是计算复杂度较大，不适合用于实际的系统中。因此，如何能够以较高精度并且简便易行地处理方式估计多普勒频移就成为亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型提供了一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，可以有效解决上述问题。

本实用新型提供的技术方案是：一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，包括：OFDM信号产生装置、OFDM信号调制装置、OCML序列生成装置、导频数目计算装置、导频插入装置、OCML-OFDM信号预处理装置、自相关性分析装置、多普勒频移值估计装置及存储装置；OFDM信号产生装置产生OFDM信号；OFDM信号调制装置对OFDM信号进行调制映射得到调制后OFDM信号；OCML序列生成装置生成OCML序列；导频数目计算装置计算所述调制后OFDM信号中需要插入导频的数目；导频插入装置根据所述数目将所述OCML序列作为导频插入所述调制后OFDM信号中得到以OCML为导频序列的调制后OFDM信号，记为OCML-OFDM信号；OCML-OFDM信号预处理装置对所述OCML-OFDM信号进行预处理得到预处理后OCML-OFDM信号；自相关性分析装置在接收端对预处理后OCML-OFDM信号中的OCML序列进行自相关性分析得到自相关函数；多普勒频移值估计装置使用所述自相关函数求得所述多普勒频移的估计值。存储装置用来存储所述设备工作时需要存储的数据。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，通过使用OCML序列作为OFDM信号中的导频序列，可以在低信噪比时准确估计多普勒频移，并且能够产生比m序列做导频更好的效果。同时，采用最小均方误差准则的信道估计对系统性能和最小二乘法的信道估计对系统性能做出评估，从误比特率来看，本实用新型的技术方案取得了较好的效果。所以，使用本实用新型可以有效对OFDM系统的多普勒频移进行有效估计，从而提高OFDM系统的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例中基于OCML序列的多普勒频移估计设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中不同多普勒频移值的最终估计效果示意图；

图3是本实用新型实施例中不同MSE效果示意图；

图4是本实用新型实施例中基于OCML块状导频多普勒频移值的系统误比特率随信噪比变化关系示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述，下文中提到的具体技术细节，如：设备、装置等，仅为使读者更好的理解技术方案，并不代表本实用新型仅局限于以下技术细节。

本实用新型的实施例提供了一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备。请参阅图1，图1是本实用新型实施例中基于OCML序列的多普勒频移估计设备的结构示意图，包括：OFDM信号产生装置101、OFDM信号调制装置102、OCML序列生成装置103、导频数目计算装置104、导频插入装置105、OCML-OFDM信号预处理装置106、自相关性分析装置107、多普勒频移值估计装置108、存储装置109及能源装置110。

OFDM信号产生装置101产生OFDM信号；OFDM信号调制装置102对OFDM信号进行调制映射得到调制后OFDM信号；OCML序列生成装置103生成OCML序列；导频数目计算装置104计算所述调制后OFDM信号中需要插入导频的数目；导频插入装置105根据所述数目将所述OCML序列作为导频插入所述调制后OFDM信号中得到以OCML为导频序列的调制后OFDM信号，记为OCML-OFDM信号；OCML-OFDM信号预处理装置106对所述OCML-OFDM信号进行预处理得到预处理后OCML-OFDM信号；自相关性分析装置107在接收端对预处理后OCML-OFDM信号中的OCML序列进行自相关性分析得到自相关函数；多普勒频移值估计装置108使用所述自相关函数求得所述多普勒频移的估计值；存储装置109用来存储所述设备工作时需要存储的数据，能源装置110在所述设备工作是提供能源。所述调制映射为16QAM映射；所述OCML序列具体表达式为：

x_n+1(i)＝(1-ξ)f(x_n(i))+ξf(x_n(i-1))

其中，n表示离散化时间序列，i表示离散化空间，且i∈1,2,3...L，L为OCML序列尺度，ξ表示耦合系数，x_n(i)表示第i个格点在时刻n的状态值，f(x)为一维混沌映射，表达式为f(x)＝1-ax²。所述OCML序列生成装置103生成OCML序列具体为：所述OCML序列生成装置103采用不变分布特性生成时空混沌二值序列的方法生成OCML序列，具体地：取a＝1.9，ξ＝0.95，L＝256。所述OCML-OFDM信号预处理装置106对所述OCML-OFDM信号进行预处理得到预处理后OCML-OFDM信号具体包括：OCML-OFDM信号预处理装置106对OCML-OFDM信号添加循环前缀、保护间隔后进行频偏处理得到频偏处理后的OCML-OFDM信号；所述频偏处理后的OCML-OFDM信号通过多径信道时添加高斯白噪声。所述自相关函数为：

R_YY(l，k′)＝E[Y(i，k′)Y*(i+l)，k′)]

其中，R_YY(l,k’)表示接收信号自相关函数，Y(i，k′)表示接收信号。i表示第i个符号，l表示路径数，k表示导频索引β。所述自相关性分析装置在接收端对预处理后OCML-OFDM信号中的OCML序列进行自相关性分析得到自相关函数具体包括：利用导频索引β简化所述自相关函数，简化后的自相关函数为：

其中，N_p表示导频数量，N表示不包含循环前缀的OFDM信号符号数，G_ap表示导频间隔，J₀表示第一类零阶贝塞尔函数，f_d表示多普勒频移，T_sym表示包含循环前缀的符号持续时间，N_sym表示包含循环前缀的OFDM符号数目，n₁及n₂为导频间隔序数；近似模拟J₀(x)的取值，求得多普勒频移估计值。

参见图2，图2是本实用新型实施例中不同多普勒频移值的最终估计效果示意图，包括：多普勒频移值为200曲线201、多普勒频移值为500曲线202、多普勒频移值为800曲线203及多普勒频移值为200曲线204。由图中可见，当多普勒频移为400Hz时，基于块状导频结构的多普勒频移估计算法可以准确估计出多普勒频移值。当多普勒频移值为200Hz，500Hz，800Hz时，在低信噪比时估计效果很差，当随着信噪比的增大，估计值趋于准确，但是效果不如前者。

参见图3，图3是本实用新型实施例中不同MSE效果示意图，包括：循环前缀法多普勒频移值为200的MSE曲线301、循环前缀法多普勒频移值为500的MSE曲线302、循环前缀法多普勒频移值为800的MSE曲线303、基于OCML块状导频结构的多普勒频移MSE曲线304及基于OCML梳状导频结构的多普勒频移MSE曲线305。由图中可见，基于OCML导频结构的多普勒估计无论是块状导频还是梳状导频估计误差都很低，并且基于块状导频结构的误差基本低于10^-4。但是，基于循环前缀的估计在信噪比较低时误差较大。

参见图4，图4是本实用新型实施例中基于OCML块状导频多普勒频移值的系统误比特率随信噪比变化关系示意图，包括：最小二乘法误比特率曲线401和最小均方误差误比特率曲线402。由图中可以看出，从信道估计上来看，基于最小均方准则的信道估计在改善系统性能方面效果更优。

通过执行本实用新型的实施例，本实用新型权利要求里的所有技术特征都得到了详尽阐述。

区别于现有技术，本实用新型的实施例提供了一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，通过使用OCML序列作为OFDM信号中的导频序列，可以在低信噪比时准确估计多普勒频移，并且能够产生比m序列做导频更好的效果。同时，采用最小均方误差准则的信道估计对系统性能和最小二乘法的信道估计对系统性能做出评估，从误比特率来看，本实用新型的技术方案取得了较好的效果。所以，使用本实用新型可以有效对OFDM系统的多普勒频移进行有效估计，从而提高OFDM系统的性能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：包括：OFDM信号产生装置、OFDM信号调制装置、OCML序列生成装置、导频数目计算装置、导频插入装置、OCML-OFDM信号预处理装置、自相关性分析装置、多普勒频移值估计装置及存储装置；OFDM信号产生装置产生OFDM信号；OFDM信号调制装置对OFDM信号进行调制映射得到调制后OFDM信号；OCML序列生成装置生成OCML序列；导频数目计算装置计算所述调制后OFDM信号中需要插入导频的数目；导频插入装置根据所述数目将所述OCML序列作为导频插入所述调制后OFDM信号中得到以OCML为导频序列的调制后OFDM信号，记为OCML-OFDM信号；OCML-OFDM信号预处理装置对所述OCML-OFDM信号进行预处理得到预处理后OCML-OFDM信号；自相关性分析装置在接收端对预处理后OCML-OFDM信号中的OCML序列进行自相关性分析得到自相关函数；多普勒频移值估计装置使用所述自相关函数求得所述多普勒频移的估计值；存储装置用来存储所述设备工作时需要存储的数据。

2.如权利要求1所述的一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：所述调制映射为16QAM映射；所述OCML序列具体表达式为：

x_n+1(i)＝(1-ξ)f(x_n(i))+ξf(x_n(i-1))

其中，n表示离散化时间序列，i表示离散化空间，且i∈1,2,3...L，L为OCML序列尺度，ξ表示耦合系数，x_n(i)表示第i个格点在时刻n的状态值，f(x)为一维混沌映射，表达式为f(x)＝1-ax²。

3.如权利要求2所述的一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：所述OCML序列生成装置生成OCML序列具体为：所述OCML序列生成装置采用不变分布特性生成时空混沌二值序列的方法生成OCML序列，具体地：取a＝1.9，ξ＝0.95，L＝256。

4.如权利要求1所述的一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：所述OCML-OFDM信号预处理装置对所述OCML-OFDM信号进行预处理得到预处理后OCML-OFDM信号具体包括：OCML-OFDM信号预处理装置对OCML-OFDM信号添加循环前缀、保护间隔后进行频偏处理得到频偏处理后的OCML-OFDM信号；所述频偏处理后的OCML-OFDM信号通过多径信道时添加高斯白噪声。

5.如权利要求1所述的一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：所述自相关函数为：

R_YY(l，k^l)＝E[Y(i，k^l)Y^*(i+l′)，k′)]

其中，R_YY(l,k’)表示接收信号自相关函数，Y(i，k′)表示接收信号,i表示第i个符号，l表示路径数，k表示导频索引β。

6.如权利要求1所述的一种基于OCML序列的多普勒频移估计设备，其特征在于：所述自相关性分析装置在接收端对预处理后OCML-OFDM信号中的OCML序列进行自相关性分析得到自相关函数具体包括：利用导频索引β简化所述自相关函数，简化后的自相关函数为：

其中，N_p表示导频数量，N表示不包含循环前缀的OFDM信号符号数，G_ap表示导频间隔，J₀表示第一类零阶贝塞尔函数，f_d表示多普勒频移，T_sym表示包含循环前缀的符号持续时间，N_sym表示包含循环前缀的OFDM符号数目，n₁及n₂为导频间隔序数；近似模拟J₀(x)的取值，求得多普勒频移估计值。