基于恒定包络调制的ofdm系统频偏同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，属于无线通信【技术领域】。在该基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法中，发送机将经过星座图映射的信号再做一次恒定包络变换，使得数据在IFFT以前具有恒模特性，且信道服从准静态衰落；接收机通过最小化接收信号与已知信道频率响应的能量差来同步频偏。该方法的有益效果在于：能应用于任意星座图的MIMO-OFDM系统的频偏盲同步，且适用于OFDM系统中存在空载波的情况。
【专利说明】基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，涉及一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法。
【背景技术】
[0002]随着多媒体业务的不断增加，未来无线通信系统对传输速率、误码率和频谱效率等提出了更高的要求，传统的单载波窄带传输技术已无法满足需求。如何有效提高频谱利用率、数据传输速率和通信质量成为当前的热点研究课题之一。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM)是一种正交多载波调制技术,它通过扩大符号周期，把宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道，因此具有很强的抗多径衰落和脉冲干扰能力，特别适合于高速无线传输。与传统的频分复用相比，OFDM系统中不同子载波频谱相互重叠，其频谱利用率更高。目前，OFDM已成为许多国际通信标准的物理层传输方案，具有非常广阔的应用前景。
[0003]但是,相对于单载波传输系统，OFDM系统对载波频偏十分敏感。载波频偏是由无线信道的时变性和发送机载波频率与接收机本地振荡器之间的不匹配造成的。由于OFDM系统中子载波的频谱相互重叠，非常小的频偏就会破坏子载波之间的正交性，产生载波间干扰。研究表明，仅1%的频偏就能使接收端信噪比下降约30dB。另一方面，多输入多输出(Multiple-1nput Multiple-Output, ΜΙΜΟ)技术近年来得到工业界和学术界的广泛关注和研究。通过在接收端和发送端布置多根天线形成天线阵列，MIMO技术可以在不增加发送功率的情况下成倍地提高传输速率或是降低误比特率(Bit Error Rate，BER)。将MMO和OFDM相结合的MM0-0FDM已经成为第四代移动通信的核心技术之一，而MM0-0FDM对载波频偏同样十分敏感。因此研究载波频偏同步算法对于抑制和消除OFDM系统载波间干扰、提高系统性能具有非常重要的学术意义和实用价值。
[0004]OFDM系统的同步研究一直是学术界的热点问题。典型的同步算法是数据辅助型，需要借助于周期性传送的导频(Pilot)，其特点是快速准确，算法简单有效。最经典的数据辅助型算法由Schimdl提出，其基本思想是发送一个前后两部分相同的训练符号，接收端利用相同部分的相位差估计频偏。由于发送导频需要占用系统资源，降低了频谱利用率，这类方法一般适用于突发式传输的通信系统。盲同步算法利用OFDM符号中的一些特殊结构同步频偏，不需要导频，因此频谱利用率较高。
[0005]目前针对SISO-和MM0-0FDM系统的频偏盲跟踪算法存在的问题主要有以下两点:①算法采用恒模星座图，而现代通信系统大多采用调制阶数更高的QAM调制等，并且往往在不同子载波上采用不同星座图映射，因此算法应用受限只考虑了系统满载的情况，即所有子载波都用于数据传输，没有考虑OFDM系统中存在空载波时算法的适用性问题，与实际应用尚有距离。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，该方法可以实现任意星座图的OFDM系统频偏盲跟踪，且适用于OFDM系统中存在空载波的情况。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，在该方法中，发送机将经过星座图映射的信号再做一次恒定包络变换，使得数据在IFFT以前具有恒模特性，且信道服从准静态衰落；接收机通过最小化接收信号与已知信道频率响应的能量差来同步频偏。
[0009]进一步，在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为一一对应的实信号:运用IFFT将复信号转换为实信号，即发送机包含两次连续的IFFT,接收端再利用两次傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)还原原始信号。
[0010]进一步，在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为—对应的实信号:将信号的实部和虚部分别做恒定包络调制，在接收端解调出两部分信号再组合成原始发送信号。
[0011]进一步，在本方法中，OFDM系统采用相同点数的FFT和IFFT运算，算法的代价函数为正弦曲线；在没有噪声的情况下，由正弦函数的性质可知最小化代价函数可以得到唯一正确的频偏估计，而与空载波存在与否无关。
[0012]本发明的有益效果在于:本发明提出的基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法能应用于任意星座图的MIM0-0FDM系统的频偏盲同步，且适用于OFDM系统中存在空载波的情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0014]图1为本发明的OFDM系统框图；
[0015]图2为实施例中不同调制方式下本方法与Yao算法的BER仿真结果图；
[0016]图3为实施例中不同空载波数的情况下本方法的BER仿真结果。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0018]图1为本发明的OFDM系统框图，由于OFDM系统的复杂性，对其进行完整描述非常困难，所建立的模型也难以分析。因此在建模过程中，系统的某些条件可以简化或忽略:①假定信道频率响应已经被训练符号估计出来并且在一个帧内保持不变，即准静态衰落信道(Quas1-StaticFadingChannel);②在接收端,通常存在符号定时误差和载波频偏。由于OFDM符号中包含循环前缀，因此符号定时误差的影响远远小于载波频偏，这里假设符号同步算法已经将定时误差消除，只考虑频偏的影响；@理论上来说，MIM0-0FDM系统中的每一对收发天线都有不同的载波频偏，但是这些差别往往可以忽略，一是因为在这些分布式振荡器间完成同步比较容易，二是因为在许多应用中，所有收发天线对之间的多普勒频移是相同的，因此假设所有的接收天线都经历相同的频偏。
[0019]在本发明所述的频偏同步方法中，发送机将经过星座图映射的信号再做一次恒定包络变换，使得数据在IFFT以前具有恒模特性，且信道服从准静态衰落；接收机通过最小化接收信号与已知信道频率响应的能量差来同步频偏，代价函数可以写为:
【权利要求】
1.一种基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，其特征在于:发送机将经过星座图映射的信号再做一次恒定包络变换，使得数据在IFFT以前具有恒模特性，且信道服从准静态衰落；接收机通过最小化接收信号与已知信道频率响应的能量差来同步频偏。
2.根据权利要求1所述的基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，其特征在于:在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为一一对应的实信号:运用IFFT将复信号转换为实信号，即发送机包含两次连续的IFFT，接收端再利用两次傅里叶变换还原原始信号。
3.根据权利要求1所述的基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，其特征在于:在进行恒定包络变换过程中，通过以下方式将经过星座图映射的复信号转换为一一对应的实信号:将信号的实部和虚部分别做恒定包络调制，在接收端解调出两部分信号再组合成原始发送信号。
4.根据权利要求1所述的基于恒定包络调制的OFDM系统频偏同步方法，其特征在于:在本方法中，OFDM系统采用相同点数的FFT和IFFT运算，算法的代价函数为正弦曲线；在没有噪声的情况下，由正弦函数的性质可知最小化代价函数可以得到唯一正确的频偏估计，而与空载波存在与否无关。
【文档编号】H04L27/26GK103929395SQ201410177683
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】许炜阳, 王雨晴, 李有均 申请人:重庆大学