专利名称：一种高速移动环境下ofdm 系统的多多普勒频偏估计方法
技术领域：
本发明属于OFDM系统技术领域，涉及一种高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法。
背景技术：
谱效率更高的正交频分复用(OFDM)技术被公认为下一代无线宽带通信的核心技术。事实上，OFDM技术之所以具有更好的频谱利用率是因为它将整个频带分成了若干个相互重叠的子带(子载波)，为了保证相互重叠的子带间互不影响，本质上就要求各个子载波之间必须正交。然而，收发系统之间频率的不一致会对接收到的信号各子载波之间的正交性带来很大的破坏，产生载波间干扰(ICI)，从而造成OFDM系统性能的大幅度下降。因此，OFDM技术对频率偏移非常敏感。
频率偏移的来源主要有两个一是由收发信机的本振频率不一致所造成的频率偏移。这部分频偏在一对收发信机之间只有一个且相对稳定，因此比较容易估计和消除。二是由用户或反射体移动所导致的多普勒频移。如果无线收发信机之间仅有一条无线传播路径，那么就只存在一个多普勒频移，接收机仍可以较容易地估计出该偏移并予以消除。当收发信机之间存在多条传播路径时，不同路径上的信号可能会产生不同的多普勒频移，此时就很难估计叠加在一起而各自不同的多普勒频偏，更无法按照一个固定的频偏进行补偿和消除，如何解决多频偏的估计与补偿是一个难题。由于OFDM系统对频偏非常敏感，国内外在这方面已有大量的研究成果。现有的文献主要是在单一频偏的情况下估计和补偿OFDM信号频偏，其中一类是借助于特殊的导频符号(如重复导频)来估计频偏，还有一类借助于OFDM信号特有的结构(如循环前缀)来估计频偏，然而这些方法均不能用于同时存在多个频偏的情形，而这正是移动端高速运动时的典型特征。国内外也有一些文献研究多径多频偏的通信信道模型，比如借助于发送导频信号的相关特性提出利用准最大似然估计器来联合估计信道增益和多个频偏；也有通过迭代的方式来实现多频偏的估计和校正，同样需借助于导频信号。然而这些方法需要对信道长度内每个延时所对应的频偏分别进行估计，因此不适用于信道长度较大的系统；此外高速移动环境下往往只存在几条主要的对应不用延时的多径信号，并非需要对信道长度内的每个延时都予以考虑，上述方法无疑加大了估计的复杂度。近年来，在政府的大力支持下，我国的高速公路、高速铁路等发展迅速，尤其是高速铁路的发展令世界瞩目。高速铁路在大大缩短各地的空间距离的同时，也对无线宽带移动通信系统提出了新的挑战。我国目前已建设的高速铁路其速度已达到了 300km/h以上，这就使得由多普勒频移导致的信道时变特性非常明显。实测表明，现有的移动通信手段都很难在列车高速运行时进行有效通信。因此如何解决高速移动环境下的多径多多普勒频偏估计问题变得尤为重要
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，该方法通过对多多普勒频偏的估计，有助于保障列车在高速运行时的无线宽带通信。本发明是通过以下技术方案来实现一种高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，包括以下步骤在高速移动的车辆上设置移动中继端，以转发基站同移动台之间的通信数据，此时基站与移动中继端之间存在有限条传输路径，每条路径对应不同的多普勒频偏；通过分析基站与移动中继端之间的多多普勒频偏，得到基站同车辆上的移动台之间的多多普勒频偏。基站向移动中继端发送基于巾贞结构的OFDM信号,一巾贞由巾贞头和K-I个数据符号块组成，其中在帧头插入空子载波，从而使帧头时域发送信号具有周期重复性；第m个待发送调制信号块Xm表示为=Xm = [.& ，&，…]T，其中N。是子载波个数，m是时间索引；帧头按照式(4)所示的规则插入空子载波Xmk=Ok = p+i XNa，P = 0，…，Na-I，i = 0，…，Nb-I (4)；其中，xm，k是Xm中第k个子载波上发送的数据，正整数Na和Nb满足Nc=NaXNb ；基站与移动中继端之间的多多普勒频偏的分析为移动中继端在同步后，对接收到的帧头时域信号作如下处理I)对帧头所对应的第m个接收符号块，构造Yni的欠采样模型；
权利要求
1.一种高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤 在高速移动的车辆上设置移动中继端，以转发基站同移动台之间的通信数据，此时基站与移动中继端之间存在有限条传输路径，每条路径对应不同的多普勒频偏；通过分析基站与移动中继端之间的多多普勒频偏，得到基站同车辆上的移动台之间的多多普勒频偏。
2.如权利要求1所述的高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，基站向移动中继端发送基于巾贞结构的OFDM信号,一巾贞由巾贞头和K-I个数据符号块组成，其中在帧头插入空子载波，从而使帧头时域发送信号具有周期重复性； 第m个待发送调制信号块Xm表示为xM了，其中N。是子载波个数，m是时间索引； 帧头按照式(4)所示的规则插入空子载波
3.如权利要求2所述的高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，第m个待发送调制信号块经过多载波调制转化为时域信号，并插入长度为Nc5的循环前缀，此时第m个时域发送符号块表示为
4.如权利要求2所述的高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，将基站与移动中继端之间的时变多径信道表示为
5.如权利要求4所述的高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，移动中继端接收来自基站发送的信号，接收时域信号为
6.如权利要求4所述的高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，其特征在于，所述的特征结构子空间类的方法为MUSIC方法，利用MUSIC方法构造一维谱表达式
全文摘要
本发明公开了一种高速移动环境下OFDM系统的多多普勒频偏估计方法，在高速移动的车辆上设置移动中继端，以转发基站同移动台之间的通信数据，此时基站与移动中继端之间存在有限条传输路径，每条路径对应不同的多普勒频偏；通过分析基站与移动中继端之间的多多普勒频偏，得到基站同车辆上的移动台之间的多多普勒频偏。本发明实现了高速移动环境下多个多普勒频偏的估计。而且子载波数Nc越大，相同信噪比下的均方误差就越小，即频偏估计越准确。由于Nb给定时增加Nc本质上是增加Na，而Na等价于信号的快拍个数，因此增大Nc可以提高协方差矩阵Rd的估计精度，从而频偏估计也就越准确。
文档编号H04L27/26GK102970270SQ20121051098
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者穆鹏程, 殷勤业, 郭伟 申请人:西安交通大学