专利名称：基于无迹卡尔曼变换的ofdm频偏估计方法
技术领域：
本发明属于无线通信传输技术领域，特别是一种基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)是在若干个正交的子载波上并行传输数据，这样，高码率的串行数据就变成了相对低速的并行数据流。由于每个载波的码率不高，各子载波可认为将经历平坦的衰落信道，而非频率选择性信道，同时一个OFDM符号的周期通常远大于信道时延，所以符号间干扰也大大降低。它较传统的串行调制具有如较高的频带利用率、抗多径衰落和脉冲噪声等很多优点。OFDM技术在电信、广播电视、电力通信等多个行业得到充分的应用，例如，数字视频广播(DVB)、IEEE802. Ila无线局域网、802. 16a (Wimax)以及国内的 DTTB、CMMB 等。OFDM系统具有频率利用率高、抗多径、抗频率选择性等优点，然而这些都是建立在子载波相互正交的基础上，如果失去正交性，性能会受到很大影响，所以OFDM对正交性十分依赖，对频率偏移十分敏感。造成频率偏移的原因主要有Doppler频移、发射机和接收机晶振的不稳定性等，这些都容易造成子载波干扰和误码率的增加，尤其是随着高速移动通信的发展，如高铁通信，航空通信等，由于高速移动(V > 350Km/h)带来了明显的多普勒效应，从而产生明显的Doppler频偏。在多普勒频偏消除方面，有许多方法。Y.aiao and S. Kiggman提出采用子载波干扰自消除进行频偏估计(SC)，在相邻载波发送相反符号的信息，在接收端再做减法处理可以较好地纠正频偏带来的影响，但是aiao的方法适用于频偏较小时。之后还有若干基于此的改进算法，但该类算法普遍存在的问题就是数据利用率低，由于相邻载波传相同符号， 降低了频带利用率，同时在频偏因子较大时SC估计不是很准确。Moose利用符号重传，通过最大似然估计法(MLE)来估计和校正频率偏移。这种方法是根据相邻符号因频偏而产生的相位差来进行频偏估计的。优点在于精确度高，但计算量大，同时这种方法和SC—样都会使传送信息量减半，减少信息吞吐量。尤其当调制星座点较多，载波频偏较大时，这两种方法均不能有效估计载波频率偏移。Sankassa B. knevirathna等人提出用扩展卡尔曼滤波(EKF)的方法估计频偏， 在星座映射点多和频偏因子较大时能得到较理想的频偏估计。EKF算法是对于非线性的观测方程(或状态方程)进行泰勒展开，并取其一阶近似项，以近似得到观测方程(或状态方程)。这种做法，不可避免地引入了由于泰勒截断产生的线性化误差，当方程的非线性特性明显时，采用这种算法会导致滤波器性能下降甚至造成发散。另外，在一般情况下计算系统状态方程和观测方程的Jacobian矩阵或Hessians矩阵是不易实现的，这会增加算法的计算复杂度。尤其当信噪比较低时，运用EKF算法，被估频偏因子发散现象较为严重，不能准确估计频偏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种估计性能稳健、收敛性强的基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，解决了现有频偏估计中SC与MLE算法需要一倍的带宽冗余问题以及EKF算法的收敛性不足的问题。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，包括如下步骤(1)在OFDM符号帧中插入一个导频符号，该导频符号的个数与子载波个数相同；(2)将载波频偏对OFDM符号的影响表示为与相位偏移因子的相乘；(3)建立OFDM信号的导频符号的基于无迹卡尔曼滤波方程，通过迭代跟踪得到频偏归一化因子。而且，在步骤C3)后还包括将频偏归一化因子应用到整个信号帧对收到的OFDM 信号进行频偏纠正的步骤。而且，所述的导频符号的导频格式为梳状导频，所述的导频符号的值选取常复数值，所述的导频符号插在每一个OFDM符号的起始处。而且，所述步骤C3)建立基于无迹卡尔曼滤波方程包括以下步骤(1)生成对称sigma点设η维变量χ具有均值m、方差Px，生成如下2n+l个sigma点及对应的权重因子
权利要求
1.一种基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其特征在于包括如下步骤(1)在OFDM符号帧中插入一个导频符号，该导频符号的个数与子载波个数相同；(2)将载波频偏对OFDM符号的影响表示为与相位偏移因子的相乘；(3)建立OFDM信号的导频符号的基于无迹卡尔曼滤波方程，通过迭代跟踪得到频偏归一化因子。
2.根据权利要求1所述的基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其特征在于在步骤(3)后还包括将频偏归一化因子应用到整个信号帧对收到的OFDM信号进行频偏纠正的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其特征在于所述的导频符号的导频格式为梳状导频，所述的导频符号的值选取常复数值，所述的导频符号插在每一个OFDM符号的起始处。
4.根据权利要求1所述的基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其特征在于所述步骤(3)建立基于无迹卡尔曼滤波方程包括以下步骤(1)生成对称sigma点设η维变量χ具有均值m、方差Px，生成如下2n+l个sigma点及对应的权重因子
5.根据权利要求2所述的基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其特征在于 所述对收到的OFDM信号进行频偏纠正的方法为将接收信号乘以负的相移，得到y = xexp (-j2 η ε η/Ν)ο
全文摘要
本发明公开了一种基于无迹卡尔曼变换的OFDM频偏估计方法，其技术特点是包括如下步骤(1)在OFDM符号帧中插入一个导频符号，该导频符号的个数与子载波个数相同；(2)将载波频偏对OFDM符号的影响表示为与相位偏移因子的相乘；(3)建立OFDM信号的导频符号的基于无迹卡尔曼滤波方程，通过迭代跟踪得到频偏归一化因子。本发明通过建立基于无迹卡尔曼滤波方程并进行迭代跟踪得到频偏归一化因子，与干扰自消除算法(SC)及最大似然估计算法(MLE)相比，不需要冗余的信息，信息利用率高；而与同为滤波类方法的扩展卡尔曼滤波法相比，其具有更高的估计准确性以及更平稳的收敛性。
文档编号H04L25/02GK102185820SQ20111011832
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者叶锋, 张鑫明, 李云鹏, 杨波, 秦雯, 肖贺, 邸金红, 郑翊, 门爱东, 陈晓博, 雷彬, 韩睿, 黄孝建 申请人:北京邮电大学, 松日数码发展(深圳)有限公司