专利名称：Ofdm和ofdma系统基带残留频偏计算方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,正交频分复用)和 OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access,正交频分多址)系统基带残留频偏计算方法和装置。
背景技术：
定时同步在通信系统中占据非常重要的地位。对于单载波通信系统来说，载波频率偏移只会对接收信号造成一定的衰减和相位旋转，这可以通过均衡等方法来加以克服。但是对于以0FDM&0FDMA技术为基础的第4代多载波通信系统而言，载波频率偏移会导致传输数据的子载波之间互相干扰(Inter-Carrier Interference, ICI),因而对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一。
对于这种频率偏差，可以分为两种情况来讨论如图I所示，n是一个整数，所以n s表示频率偏移量是载波之间间隔的整数倍部分，也称之为“粗”频率偏移部分，而8 Coci的绝对值不超过载波之间间隔的一半，因此称为“细”频率偏移部分。由图I可以看出，粗频率偏移将使接收信号在频率上偏移几个载波间隔，但并不破坏OFDM子载波的正交性，也就是说，载波之间并没有能量的泄露。考虑到实际的OFDM系统，通常都在频带边缘设有保护带，只要粗频率偏移的大小没有超出保护带的范围，接收侧并不会丢失任何的信息，通过某种手段即可恢复全部的发射信息。6 %所表示的不超过载波间隔的一半的频率偏移，即细频率偏移部分，可以看到，细频率偏移破坏了 OFDM传输系统子载波之间的正交性，引入了载波间干扰(Inter-Carrier Interference, ICI),将会使OFDM系统性能受到较大的影响。产生如上的载波频率偏移的原因很多，如本地振荡器(Localized oscillator,L0)的频率误差或者信号在前端接收处理时产生的频率偏差等。基带残留频偏在OFDM系统中的似直如图2所不现有的OFDM系统，校正频偏的方法通常是在接收机的前端集中处理，也就是在载波调制解调时的载波同步中进行处理，通过一定的训练符号来估计并校正频偏，其校正的效果受到各种因素的影响，其性能往往得不到保证。也就是说，在基带处理的后端系统往往带有一部分的残留频偏，即快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation,FFT)之后,产生的残留频偏并未被处理。而这些残留频偏对系统性能的影响情况往往是不确定的，若该残留频偏较大，则可能直接造成较严重的ICI，影响系统性能，若该残留频偏不大，由于实际系统的载波同步不是每个OFDM符号都进行的，因而在一段OFDM符号内，某个固定的载波频偏可能导致相位误差的累积，影响诸如信道估计等模块的性能，因而在基带处理时，有必要通过某些技术手段，检测估计出基带信号的残留频偏，并予以矫正或补偿。图3示出了上行小区间干扰示意图，如图3所示，对基带信号做进一步的残留频偏估计，其难点在于没有专用的同步参考符号可以使用，需要使用数据的解调参考符号(导频)来进行。然而，在实际的蜂窝通信系统中，导频符号上除了存在热噪声以外，往往还有来自于其他小区的干扰存在，现有的频偏估计算法，只考虑了噪声的影响，在干扰受限的场景下，性能恶化严重。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法和装置，以解决在干扰受限的场景下不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法，该方法包括从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S > I ;根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。
使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵；使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括对平均角频率相关矩阵进行特征值分解；从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱；使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。通过以下公式使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏A 0 =2* (1/N) (Idx-1)，其中，A 0为基带残留频偏所对应的相位差，其中相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差；Idx为频率谱的峰值对应的索引号；N为预设值。从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括从分解得到的特征值中选择最小特征值，得到最小特征值对应的特征
向量Vn ;通过以下公式计算频率谱的值Pi JD = ^ . ^ . . eH其中，/ = -1，_1 + 1，...，1+1
e= [I eUJ= 其中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的
N
值？1中的最小值Pmin所对应的索引号。从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵V, V = [Vn_M+1. . . Vn_! Vn];通过以下公式计算频率谱的值Pi
NN Ni
JD = ^ . . .eH 其中，= -y,-y + l”..,y + l e = [I eUJ e2uj. . . e(nl)uJ],o = 2^- —
中，频率谱的峰值对应的索引号为所有频率谱的值Pi中的最小值Pmin所对应的索引号。从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括从分解得到的特征值中选出最小的M个特征值，根据最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵V, V = [ a JVrftl. . . a I1Viri a Mvn],其中，a a 2, . . . , a M为预
设值；通过以下公式计算频率谱的值Pi其中,z+ = -Y，-y + l，...，Y + l e
权利要求
1.一种正交频分复用OFDM和正交频分多址OFDMA系统基带残留频偏计算方法，其特征在于，包括 从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1 ; 根据提取出的所述导频符号计算每个所述待估计物理资源单元的角频率相关矩阵； 使用计算得到的S个所述角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于，使用计算得到的S个所述角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算的步骤包括 对S个所述角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵； 使用所述平均角频率相关矩阵对所述基带残留频偏进行计算。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，使用所述平均角频率相关矩阵对所述基带残留频偏进行计算的步骤包括 对所述平均角频率相关矩阵进行特征值分解； 从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱； 使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，通过以下公式使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏A 0 = 2 (1/N) (Idx-I) 其中，△ e为所述基带残留频偏所对应的相位差，其中所述相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差； Idx为所述频率谱的峰值对应的索引号； N为预设值。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括 从分解得到的所述特征值中选择最小特征值，得到所述最小特征值对应的特征向量V v n 通过以下公式计算所述频率谱的值Pi: P1=WnK，其中，
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括 从分解得到的所述特征值中选出最小的M个所述特征值，根据所述最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵V, V = [vn_M+1. . . Vlri Vn];通过以下公式计算所述频率谱的值Pi :，其中，
7.根据权利要求4的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括 从分解得到的所述特征值中选出最小的M个所述特征值，根据所述最小的M个特征值对应的特征向量生成矩阵V, V = [ a JVrftl. . . a I1Viri a Mvn],其中，a a 2, . . . , a M为预设值； 通过以下公式计算所述频率谱的值Pi : Pr=et-vn-vHn-ef，其中，
8.根据权利要求4的方法，其特征在于，从分解得到的所述特征值中选择一个或多个所述特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱的步骤包括 从分解得到的所述特征值中选出最大的M个所述特征值，根据所述最大的M个特征值对应的特征向量生成矩阵V, V = [ a lVl a 2v2. . . a MvM],其中，a ^ a 2，. . .，a M为预设值； 通过以下公式计算所述频率谱的值Pi :
9.根据权利要求3的方法，其特征在于，使用计算得到的S个所述角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算之后，进行数据传输。
10.一种正交频分复用OFDM和正交频分多址OFDMA系统基带残留频偏计算装置，其特征在于，包括 提取单元，用于从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥I ; 第一计算单元，用于根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵； 第二计算单元，用于使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，第二计算单元包括 平均模块，用于对S个角频率相关矩阵进行加权平均得到平均角频率相关矩阵； 计算模块，用于使用平均角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。
12.根据权利要求11的装置，其特征在于，计算模块包括 分解子模块，用于对平均角频率相关矩阵进行特征值分解； 第一计算子模块，用于从分解得到的特征值中选择一个或多个特征值，根据所述特征值对应的特征向量计算频率谱；第二计算子模块，用于使用频率谱的峰值对应的索引号计算基带残留频偏。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于，所述第二计算子模块通过以下公式使用所述频率谱的峰值对应的索引号计算所述基带残留频偏A 0 = 2 (1/N) (Idx-I) 其中，△ e为所述基带残留频偏所对应的相位差，其中所述相位差为同一载波上相邻符号之间的相位差； Idx为所述频率谱的峰值对应的索引号； N为预设值。
全文摘要
本发明公开了一种OFDM和OFDMA系统基带残留频偏计算方法和装置，其中该方法包括从导频子载波上的接收信号中提取S个待估计物理资源单元的导频符号，其中，S≥1；根据提取出的导频符号计算每个待估计物理资源单元的角频率相关矩阵；使用计算得到的S个角频率相关矩阵对基带残留频偏进行计算。本发明解决了在干扰受限的场景下，不能准确地对基带残留频偏进行计算，导致系统稳定性差的问题，进而达到了在强干扰环境(低信干噪比)下，使用普通的数据解调导频，就可以简单方便的对基带信号的残留频偏进行精确计算，提高系统稳定性的效果。
文档编号H04L25/03GK102752251SQ20111009819
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者宁迪浩, 朱登魁, 肖华华, 鲁照华 申请人:中兴通讯股份有限公司