一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法及系统与流程

本发明涉及无线通信的，特别是指一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法及系统。

背景技术：

1、在无线通信领域中，ofdm系统具有较高的频谱利用率，成为当代无线通信领域的主流技术。但是其优势建立在各个子载波正交的基础之上，若不能保证其正交性，则会产生载波间干扰(ici)，系统性能就会大幅度降低。由于通信节点相对运动产生的多普勒效应导致信号在其被接收时会出现不同程度的多普勒频率偏移，进而破坏子载波的正交性，严重影响通信系统的性能。抗频偏算法是无线通信领域非常重要的课题，业界研究抗频偏算法已久，提出了很多优秀的抗频偏算法，但这些抗频偏算法几乎都基于多天线通信节点所有收发通道信号的多普勒频偏相同这一假设前提，没有考虑多天线通信节点在转向、旋转等运动方式下不同收发通道的频偏不同的情况。部分抗频偏算法需要通过多帧计算逐渐修正频偏，在运动速度方向等频繁变化的场景，无法正常工作。

2、移动自组织网络(mobile ad-hoc network，manet)是一种结合了现代移动通信和计算机网络技术的新型无线网络，网络中的终端节点可以自由地移动并彼此保持通信。manet是一种自治、多跳的分布式网络，自治体现在不需要固定基础设施的支撑，通过终端之间的协同工作即可完成组网，弥补了在现有基础设施(如基站、ap等)不能使用时终端设备之间无法通信的缺陷。因其所具有的自组织、快速建立和抗毁性等诸多优点，manet的应用范围和应用前景不言而喻，其主要集中于军事通信、灾害恢复、移动会议、无线传感器网络、个域网络互联等领域。其中很多领域(如军事通信中的船舶间通信、飞行器间通信)对自组网设备的抗频偏能力有较高较复杂的要求：在多天线通信节点的移动速度较高，运动方式复杂的情况下，要求自组网通信系统具备优良的动中通能力，系统性能仍能稳定传输数据。

3、目前经典主流的频偏估计算法(如moose算法、schmidl&cox算法、m&m算法、ml算法、基于代价函数的盲估计算法等)都基于多天线通道频偏相同的假设，该假设在一些情况下并不成立。如图1所示，当2个双天线通信节点同时进行转向时，4组收发天线对组成了4个收发通道，每个通道的相对速度都不同，多普勒频偏也不同，以上算法在这种情况下的估计频偏往往有较大误差。

4、另一方面，这些主流频偏估计算法往往在时域纠正频偏，具有较高的纠偏能力，但是时效性较差，硬件处理流程中难以用当前时隙计算出的频偏纠正该时隙，频偏结果只能用于纠正下一时隙，带来了2个问题：(1)当节点运动方式复杂且频繁变化时，相邻时隙甚至相邻符号的频偏都可能出现差异，纠正频偏时采用的频偏结果可能已经失效；(2)自组网系统中节点连接方式复杂，部分协议的业务突发性强，接收数据可能来自于不同节点，在解析出该时隙数据来源节点时，无法选择应采用的频偏结果，而不纠正频偏可能无法解析出正确来源节点，就算可以解析来源节点再进行纠偏，也可能加大硬件处理时延导致无法及时处理数据。

5、综上，为提升自组网系统在复杂运动方式下的抗频偏能力，应开发能分别计算各通道多普勒频偏，且能在当前时隙纠偏的自组网纠频偏算法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法及系统，为了解决现有技术中的频偏纠正方法未考虑多个通道频偏的不同以及对频繁变化频偏的适应性的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明的采用如下技术方案：

3、一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法，接收天线和发射天线均包括两根，具体包括如下步骤：

4、步骤s1：信源数据经添加校验位、ldpc编码、调制和子载波映射后，由导频位正交模块对两路数据进行导频位正交处理，处理后发送给alamouti编码模块；

5、步骤s2：alamouti编码模块对两路数据完成编码后，再经逆傅里叶变换模块、组时隙模块处理后，通过信道进行发射；

6、步骤s3：接收端接收数据后，进行傅里叶变换和信道估计，然后由相偏估计模块进行相偏估计，具体为：

7、从各信道取出未置零的导频位的共轭并与对应信道增益相乘；然后与本地导频相乘并求和；再计算各信道各ofdm符号的相偏角度；

8、步骤s4：多天线合并与相位纠正；多天线合并包括发射分集合并和接收分集合并，相位纠正发生在发射分集合并处，为每个通道所对应的信道增益补偿该ofdm符号对应的相偏，再完成接收分集合并，完成一次基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正。

9、优选地，步骤s1中，导频位正交具体方法为：首先对一路数据的奇数位或者偶数位的导频位进行数据置零，然后将另一路数据的偶数位或者奇数位的导频位进行数据置零，使两路数据的导频位形成正交关系，再将两路数据中未置零的导频位进行功率补偿，使每路数据功率整体不变。

10、优选地，所述将两路数据中未置零的导频位进行功率补偿时，将该路数据中未置零的导频位乘以

11、为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正系统，用于实现所述的基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法，包括编码调制模块、导频位正交模块、alamouti编码模块、逆傅里叶变换模块、组时隙模块、同步模块、傅里叶变换模块、信道估计模块、相偏估计模块和多天线合并与相位纠正模块；

12、所述编码调制模块用于对信源数据完成校验位添加、ldpc编码、调制和子载波映射；

13、所述导频位正交模块用于对两路数据完成导频位正交处理，处理后发送给alamouti编码模块；

14、所述对两路数据完成编码后，再经逆傅里叶变换模块、组时隙模块处理后，通过信道进行发射；

15、接收端通过同步模块完成发射端数据接收；接收信号依次经过傅里叶变换模块、信道估计模块、相偏估计模块完成傅里叶变换、信道估计和相偏估计；

16、所述多天线合并与相位纠正模块包括发射分集合并模块和接收分集合并模块，所述发射分集合并模块中同时完成相位纠正，再经接收分集合并模块完成接收分集合并。

17、优选地，所述相偏估计模块具体完成：从各信道取出未置零的导频位的共轭并与对应信道增益相乘；然后与本地导频相乘并求和；再计算各信道各ofdm符号的相偏角度。

18、优选地，所述多天线合并与相位纠正模块中相位纠正具体为：为每个信道所对应的信道增益补偿该ofdm符号对应的相偏。

19、本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于自组网的异向运动天线导频频偏纠正方法及系统，基于自组织网络的物理层帧结构，以提升多天线通信节点的抗多通道异频偏能力为主要设计方向，结合具有多天线分集的ofdm系统，设计出一种抗多通道异频偏能力强大、硬件易实现、复杂度低、及时性强的异向运动天线导频频偏纠正方法及系统，相对于经典主流频偏纠正算法，本发明考虑了多天线通道频偏不一致的情况，解决了该情况下的频偏纠正难题；相对于经典主流频偏纠正算法，新方案可以在当前时隙立刻进行频偏纠正，避免了频偏计算结果过时失效的问题。本发明仅利用各ofdm符号上的少量导频计算频偏，计算量小，计算复杂度低，具备较好的硬件可实现性和实用性，已于fpga平台实现，呈现了优秀的测试效果。