一种OFDM系统同步误差的补偿方法及装置

摘要

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种OFDM系统同步误差的补偿方法，所述方法包括以下步骤：A、从无线帧中提取参考信号；B、利用所述参考信号的相位信息估计出同步误差；C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。本发明还提供了一种OFDM系统同步误差的补偿装置。本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计，并基于该估计值进行补偿，补偿了OFDM系统中接收信号在经过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种OFDM系统同步 误差的补偿方法及装置。

背景技术

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复 用）技术的基本原理是将高速数据流分解为多路并行的低速数据流， 在多个子载波上同时进行传输。将高速数据流分解为多路并行低速数 据流，展宽了符号周期，有利于对抗由无线多径信道时延扩展特性导 致的码间干扰；采用多个相互正交的子载波，在提高频谱效率的同时 增强了对频率选择性信道的鲁棒性。由于OFDM技术支持高速率， 宽频带的无线数据业务传输，目前已被广泛应用于许多无线通信系统 中，包括4G标准LTE、无线局域网标准802.11a/g等。然而，OFDM 系统对符号定时同步误差与载波频率同步误差十分敏感，符号定时同 步误差会引起FFT开窗偏移，带来符号间干扰（ISI，Inter Symbol  Interference），载波频率同步误差则会使子载波不完全正交，带来载 波间干扰（ICI，Inter Carrier Interference），以上两种干扰均会严重影 响系统性能。

现有常用的OFDM同步方法主要分为两类：插入专门的训练序 列进行同步和利用循环前缀进行同步。前一种方法的主要实现形式为 在发射信号中插入一段在时域上具有重复特性的训练序列，接收端通 过滑动相关寻找峰值来进行符号定时同步，再依据符号定时同步位置 利用训练序列前半段与后半段的相位差进行载波频率同步。后一种方 法同样利用循环前缀与OFDM符号末端在时域上表现出的重复性， 通过相似的滑动相关步骤进行符号定时同步与载波频率同步。对于以 上同步方法，由于算法本身的精确度与噪声的影响，会留下残余的同 步误差，这些残余同步误差同样会对OFDM系统性能造成影响，特 别是对于高阶调制的OFDM系统，影响更为敏感。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种OFDM系统同步误差的 补偿方法及装置，解决现有同步误差补偿方法的复杂度高的缺陷。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种OFDM系统同步误差 的补偿方法，所述方法包括以下步骤：

A、从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号r_k对应的子载 波序号；

B、利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

优选地，在步骤A中，通过FFT将所述无线帧变换到频域，然 后提取所述参考信号r_k。

优选地，步骤B具体包括：

步骤B1：提取所述参考信号r_k的相位信息；

步骤B2：根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的 相位误差；

步骤B3：利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关 系，估计出同步误差。

优选地，在步骤B1中，将步骤A提取的参考信号r_k与预先定义 的参考信号r'_k相除，并进行归一化，得到参考信号r_k的相位信息， 所提取的参考信号r_k是预先定义的参考信号r'_k经过信道以后的值。

优选地，在步骤B2中，将归一化后得到的参考信号r_k的相位信 息作为数列，通过将所述数列中相邻两项相除的方式，得到参考信号 r_k的相位误差。

优选地，在步骤B3中，对所有所述数列中相邻两项的商求平均 值，然后将平均值与预先定义的查找表中的每一项作比较，寻找与平 均值最接近的项，将最接近的项的序号作为同步误差的估计值。

优选地，在步骤B3中，利用FFT性质计算得到同步误差的估计 值。

优选地，在步骤B中，求参考信号r_k的相位信息组成的向量与 查找表向量列的差的范数最小值，得到同步误差的估计值。

优选地，所述查找表是根据FFT性质预先定义的数列。

优选地，在步骤C中，利用同步误差的估计值对无线帧的数据部 分进行相位补偿。

本发明还提供了一种OFDM系统同步误差的补偿装置，包括： 提取单元，估计单元和补偿单元；其中，

所述提取单元用于从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号 r_k对应的子载波序号；

所述估计单元用于利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步 误差；

所述补偿单元用于补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影 响。

优选地，所述估计单元包括：归一化模块、除法模块和查找模块； 其中，

所述归一化模块用于提取参考信号r_k的相位信息；

所述除法模块用于根据所述相位信息得到同步误差造成的参考 信号r_k的相位误差；

所述查找模块用于利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间 的对应关系，估计出同步误差。

（三）有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明利用同步误差造成的相位误 差进行估计，并基于该估计进行补偿，补偿了OFDM系统中接收信 号在经过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

对于OFDM系统，接收信号在经过符号同步以后，往往存在一 定的同步误差。本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计和补 偿。

实施例一

本发明实施例一提供一种实现OFDM系统同步误差补偿的方法， 如图1所示，包括以下步骤：

A、从无线帧中提取参考信号；

B、利用所述参考信号的相位信息估计出同步误差；

C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

在步骤A中，对于FFT长度为N的OFDM系统，接收端通过 FFT将无线帧变换到频域，并提取参考信号r_k。参考信号是由发射端 提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种已知信号，发送端在特 定子载波上发送r'_k，接收端相应地接收到r_k。

在步骤B中，接收端将参考信号r_k与预先定义的参考信号r'_k相 除，得到R_k=r_k/r'_k，对R_k进行归一化作为参考信号 的相位信息，从无线帧中提取的参考信号r_k是预先定义的参考信号 r'_k经过信道以后的值。将归一化得到的参考信号的相位信息按照 顺序，从第2项开始，依次与前一项相除，得到作为参 考信号的相位误差（即相位旋转），k≥1，且为整数，表示参考信号r_k对应的子载波序号。求的平均值以减小信道、噪 声对参考信号相位误差的影响，其中K是参考信号的总数。将平均值 与预先定义的查找表中的每一项作比 较，寻找与平均值最接近的项，该项序号即为同步误差的估计值 ε：

$ϵ=\underset{l}{\arg \min }\left(d(\Delta \bar{R},M_l)\right)$

其中，CP是参考信号r_k所在的OFDM符号的循环前缀的长度， N表示FFT的长度，d(·,·)是计算两个复数之间距离的函数，包括但 不限于以下形式：

d(x,y)=|x-y|

在步骤C中，利用估计得到的同步误差对无线帧的数据部分Y_k进 行相位补偿：

${\tilde{Y}}_k=Y_k{e}^{-j\frac{2\pi }{N}\mathrm{kϵ}}$

即为经过同步误差补偿后的数据。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，在步骤B3中，利用FFT性质 计算得到同步误差的估计值，具体来说，计算的相角，估计出同 步误差。

$ϵ=\mathrm{round}\left(\frac{N\times \mathrm{angle}\left(\Delta \bar{R}\right)}{2\pi }\right)$

其中，round(·)是计算与某一实数最接近的整数的函数，angle(·) 是计算复数相角的函数，包括但不限于以下形式：

实施例三

实施例三与实施例一的区别在于，

在步骤B中，利用所有的归一化参考信号的相位信息和预先 定义的查找表计算向量列{R^(l),l=0,1,...,CP-1},向量R^(l)的元 素计算向量R^(l)的范数，最小值对应的l即为同步误差 估计值。

$ϵ=\underset{l}{\arg \min }\left(\right|\left|R^{\left(l\right)}\right|\left|\right)$

其中，||·||是向量的范数，表示取最小值对应的l。

实施例四

本实施例还提供一种实现OFDM系统同步误差补偿的装置，如 图2所示，该装置包括：提取单元、估计单元和补偿单元；其中，

所述提取单元用于从无线帧中提取参考信号r_k；

所述估计单元用于利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步 误差；

所述补偿单元用于补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影 响。

所述估计单元包括：归一化模块、除法模块和查找模块；其中，

所述归一化模块用于提取参考信号r_k的相位信息；

所述除法模块用于根据所述相位信息得到同步误差造成的参考 信号r_k的相位误差；

所述查找模块用于利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间 的对应关系，估计出同步误差。

由以上实施例可以看出，本发明利用同步误差造成的相位误差进 行估计，并基于该估计进行补偿，补偿了OFDM系统中接收信号在经 过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。