一种OFDM系统中的导频设计与频偏估计方法与流程

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法。

背景技术：

1、在以lte(长期演进，即第四代移动通信技术)、nr(新空口，即第五代移动通信技术)为代表的当前移动通信技术中使用ofdm(正交频分复用)作为空口传输关键技术，在空口传输存在频率偏移(频偏)的场景ofdm系统性能会受到严重影响，所以频偏估计与纠正技术是ofdm系统中克服频偏影响的关键技术。

2、在系统频偏较大的场景(例如在低轨卫星通信系统中，系统频偏可超过1mhz，而ofdm系统的子载波间隔典型配置为120khz)，系统需要在较大的范围内完成频偏估计。针对这种场景现有的ofdm系统频偏估计方案通常分为小数倍频偏估计与整数倍频偏估计两部分，小数倍频偏表示系统频偏中小数倍于系统子载波间隔的部分；整数倍频偏表示系统频偏中整数倍于系统子载波间隔的部分。小数倍频偏估计需要在时域配置多个导频符号，通过计算不同符号信道估计结果的相位差来估计小数倍频偏，在频偏较大的场景信道估计结果较差，所以此类方法的小数倍频偏估计精度较差；而现有的整数倍频偏估计方法往往需要先纠正小数倍频偏才能实现，所以在大频偏场景性能也不理想。综上所述现有频偏估计方案需要配置多个导频符号才能实现，而且在大频偏场景性能较差。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，具体技术方案如下：

2、一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，包括以下步骤：

3、s1、高层确定系统参数，包括当前ofdm系统用于发射导频的资源块数为m，系统子载波间隔为δf，系统可能最大频偏为fomax，每个rb内的子载波数为

4、s2、确定导频序列长度l，计算式为

5、

6、其中表示向上取整，表示向下取整；

7、s3、计算上保护边带子载波数nceil与下保护边带子载波数nfloor；

8、s4、生成1个长度为l的m序列s(k),s(k)＝0,1；k＝0,…,l-1；

9、s5、生成长度为l的恒模导频序列d(k),k＝0,…,l-1；

10、s6、计算加权导频序列d′(k)，计算式为：

11、d′(k)＝d(k)s(k),k＝0,…,l-1；

12、

13、s7、使用d′(k)生成循环加权导频序列ds(k′)，计算式为：

14、

15、s8、统计加权导频序列总功率pall，计算式为：

16、

17、s9、通过ifft生成时域导频信号；

18、s10、对信号进行发射与接收；

19、s11、对频域接收信号进行功率归一化操作得到归一化频域接收信号z(k)；

20、s12、在归一化频域接收信号中从索引mzp+nfloor个开始抽取共l个信号，获得频域接收抽取信号zs(k)；

21、s13、计算相关系数序列ρ(n)；

22、s14、根据相关系数序列计算频偏

23、具体的，步骤s3所述的保护边带子载波数nceil与下保护边带子载波数nfloor的计算式为：

24、

25、

26、具体的，步骤s5所述的恒模导频序列d(k)需满足恒模特性|d(k)|2＝1,k＝0,…,l-1。

27、具体的，所述步骤s9还包括以下子步骤：

28、s91、将ds(k′)在前后补零，获得补零循环加权导频序列ds,zp(k′)，计算式为

29、

30、k″＝0,…,nfft-1,

31、其中mzp为满足0≤mzp≤nfft-nfloor-nceil-l的任意整数；

32、s92、通过ifft运算获得时域导频信号xt，计算式为：

33、xt＝ifft(ds,zp)。

34、

35、具体的，所述步骤s10还包括以下子步骤：

36、s101、对时域导频信号添加循环前缀获得加cp的时域发射信号xt,cp(n)，计算式为：

37、xt,cp(n)＝xt(mod(n-ncp,nfft)),n＝0,…,nfft+ncp-1

38、s102、设置接收端接收到时域信号为yt,cp(n),n＝0,…,nfft+ncp-1，接收端去循环前缀得到去循环前缀的时域接收信号yt(n)＝yt,cp(n+ncp),n＝0,…,nfft-1

39、s103、通过fft运算获得频域接收信号y(k),k＝0,…,nfft-1，y＝fft(yt)。

40、具体的，步骤s11所述的对频域接收信号进行功率归一化操作得到归一化频域接收信号z(k)的计算式为：

41、

42、具体的，步骤s12所述的获得频域接收抽取信号zs(k)的计算式为：

43、zs(k)＝z(k+mzp+nfloor),k＝0,…,l-1。

44、

45、具体的，步骤s13所述的计算相关系数序列ρ(n)的计算式为：

46、

47、具体的，所述步骤s14还包括以下子步骤：

48、s141、搜索最大相关系数索引计算整数倍频偏foint，计算式为：

49、

50、s142、通过将ρ(idx0)查表获得小数倍频偏绝对值fofrac,abs，计算式为：

51、

52、其中t(m)表示预先配置表格中的第m个相关系数，f(m)表示表格中的第m个相关系数对应的小数倍频偏值，表格共m行；

53、s143、计算频偏估计结果foest，计算式为：

54、

55、

56、本发明的有益效果：

57、本发明方案只需要1个导频符号即可一次性完成整数倍与小数倍频偏的估计，与现有方案相比显著节省了导频资源；同时可根据系统可能的最大频偏范围配置来配置系统参数显著提升了频偏估计范围；本发明只需要不同子载波的接收信号功率就可以完成频偏估计，不会受到接收信号时延与相位的影响，与现有方案相比鲁棒性更高。

技术特征：

1.一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，步骤s3所述的保护边带子载波数nceil与下保护边带子载波数nfloor的计算式为：

3.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，步骤s5所述的恒模导频序列d(k)需满足恒模特性|d(k)|2＝1,k＝0,…,l-1。

4.根据权利要求2所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，所述步骤s9还包括以下子步骤：

5.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，所述步骤s10还包括以下子步骤：

6.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，步骤s11所述的对频域接收信号进行功率归一化操作得到归一化频域接收信号z(k)的计算式为：

7.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，步骤s12所述的获得频域接收抽取信号zs(k)的计算式为：

8.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，步骤s13所述的计算相关系数序列ρ(n)的计算式为：

9.根据权利要求1所述的一种ofdm系统中的导频设计与频偏估计方法，其特征在于，所述步骤s14还包括以下子步骤：

技术总结
本发明公开了一种OFDM系统中的导频设计与频偏估计方法，包括高层确定系统参数；确定导频序列长度L；计算上保护边带子载波数Nceil与下保护边带子载波数Nfloor；生成m序列S(k)；生成恒模导频序列D(k)；计算加权导频序列D′(k)；使用D′(k)生成循环加权导频序列Ds(k′)；统计加权导频序列总功率Pall；通过IFFT生成时域导频信号；对信号进行发射与接收；对频域接收信号进行功率归一化操作得到归一化频域接收信号Z(k)；在归一化频域接收信号中从索引MZP+Nfloor个开始抽取共L个信号，获得频域接收抽取信号ZS(k)；计算相关系数序列ρ(n)；根据相关系数序列计算频偏Foest的步骤。本发明方案与现有方案相比显著节省了导频资源、显著提升了频偏估计范围；还不会受到接收信号时延与相位的影响。

技术研发人员：吕磊,赵海鹏,殷春,杜广湘
受保护的技术使用者：四川创智联恒科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15