基于联合导频的最大似然频偏估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法及装置。用于多输入多输出MIMO‑正交频分复用OFDM系统的接收同步，该方法包括：接收端对相应的第n个发送导频符号矩阵D

Maximum likelihood frequency offset estimation method and device based on joint pilot frequency

The invention discloses a method and a device for estimating maximum likelihood frequency offset based on joint pilot frequency. For receiving multiple input multiple output MIMO orthogonal frequency division multiplexing OFDM system synchronization, the method comprises: receiving end of the corresponding n transmission pilot symbol matrix D

【技术实现步骤摘要】
基于联合导频的最大似然频偏估计方法及装置
本专利技术涉及移动通讯领域，特别是涉及一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法及装置。
技术介绍
对于任何数字通信系统，同步是数据可靠传输的前提和重要保证。同步性能的好坏将直接影响整个通信系统的性能。但在无线通信系统中，由于发送端设备和接收端设备间的频差，以及用户端设备移动所带来的多谱勒频移等影响，使得载波频率与本地晶振的频率之间存在着频偏。为了保证数据的可靠传输，必须对信号的频偏进行准确估计并加以补偿。此外第三代合作计划（3rdGenerationPartnershipProject，简称为3GPP）的长期演进（LongTermEvolution，简称为LTE）下行采用了频谱利用率比较高的正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，简称为OFDM）调制技术，OFDM符号是由多个子载波信号叠加形成，在接收端利用子载波之间的正交性进行解调，因而OFDM系统对子载波间的正交性提出了严格的要求。在实际传输中，由于多普勒频移和收发机本地振荡器之间的不匹配带来的频率偏差，会破坏OFDM系统子载波间的正交性，造成子载波间干扰（ICI）。定时偏移则会造成符号间干扰（ISI），降低循环前缀（CP）的有效性。因此，同步对于OFDM系统十分重要。在现有技术中，OFDM系统中的频率同步方法大致可以分为两类，即盲同步算法和基于训练序列的同步算法。基于训练序列的同步算法利用插入的已知导频符号来实现同步。盲同步算法主要利用了OFDM系统所特有的循环前缀性质来完成同步估计。鉴于包括TD-LTE标准等实际通信系统中广泛采用了各类训练序列，因此围绕导频辅助的频率同步算法在实际应用中往往更有实际的应用价值。在接收端已知训练序列的前提条件下，最大似然的频偏估计往往能获得更好的频偏估计性能，并成为了各类研究所关注的重点。围绕MIMO-OFDM条件下的最大似然频偏估计方法很多，这些估计方法选择了基本相同的似然函数，不同频偏估计算法的区别主要体现在如何由给定的似然函数推导获得具体的频偏估计算法。综合分析目前国内外围绕MIMO-OFDM和OFDM系统条件下的频偏估计或频偏与信道联合估计技术研究的成果，在给定频偏和信道联合似然函数的基础上，目前已有大量实际可行的频偏和信道估计方法可供借鉴，这些频偏和信道估计算法已经从导频序列设计、OFDM符号特性分析和利用、导频OFDM符号设计、具体的频偏估计算法等角度提出了大量可行的解决方案。但与此同时，不难发现，现有技术中的频偏估计方法的性能还比较低，因此，急需一种满足TD-LTE系统要求的高性能频偏估计技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法及装置，以解决现有技术中偏频估计性能低的问题。本专利技术提供一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法，用于多输入多输出MIMO-正交频分复用OFDM系统的接收同步，包括：接收端对相应的第n个频域发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)；接收端将接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中；构建M个频偏矩阵，从滑窗存储器中获取接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)，根据接收导频符号矩阵R(n)、矩阵P(n)和M个频偏矩阵计算出似然函数，将待选频偏估计值代入似然函数，获取使累加似然函数取值最小的频偏估计值为最终最大似然频偏估计值。优选地，接收端对相应的发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)具体包括：接收端根据公式1，对相应的发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)；公式1；其中，NT为MIMO系统的发射天线数，N为OFDM子载波数，代表第p根发送天线发送的第n个频域导频符号矩阵，表示第p根发送天线发送的第n个频域导频符号；F∈CN×N为DFT矩阵，其第(l,m)个元素为W代表DFT矩阵F的前L列即F=[W|V]，W∈CN×L，V∈CN×(N-L)，且有WHV＝0，WWH+VVH=I，H为共轭转秩。优选地，接收端将接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中具体包括：接收端将接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中，获取如下两组数据：其中，NR为MIMO系统的接收天线数，N为OFDM子载波数，在系统接收端符号同步的条件下，第q根接收天线接收到的第n个接收导频符号为：其中，代表第n个导频符号对应的频偏矩阵，E=diag([1，ej2πε/N,…,ej2π(N-1)ε/N]T)，ε为归一化频偏值，Ln代表第n个导频符号第一个抽样时刻所对应的序号；表示第n个导频符号在(q,p)天线对间传输时所经历的L径时域信道增益，T表示转秩，nq代表第q根接收天线接收到的N×1维零均值、每一维方差均为的复高斯噪声，j2=-1。优选地，构建M个频偏矩阵具体包括：根据公式2构建M个频偏矩阵；公式2；其中，k=0,1,…,M-1，ε为归一化频偏值，N为OFDM子载波数，j2=-1，Ln-k代表第n-k个导频符号第一个抽样时刻所对应的序号，T表示转秩。优选地，从滑窗存储器中获取接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)，根据接收导频符号矩阵R(n)、矩阵P(n)和M个频偏矩阵计算出似然函数，将待选频偏估计值代入似然函数具体包括：从滑窗存储器中获取接收导频符号矩阵R(n)和矩阵P(n)，根据接收导频符号矩阵R(n)、矩阵P(n)和M个频偏矩阵，并根据公式3计算出似然函数；λ(n)(ε)＝‖(R(n))HE(n)(P(n)-I)(E(n))HR(n)‖F公式3；其中，‖‖F表示取矩阵的F范数，H为共轭转秩，代表第n个导频符号对应的频偏矩阵，E=diag([1,ej2πε/N,…,ej2π(N-1)ε/N]T)，N为OFDM子载波数，λ(n)(ε)为最大似然频偏估计的似然函数；将待选频偏估计值代入公式3。优选地，获取使累加似然函数取值最小的频偏估计值为最终最大似然频偏估计值具体包括：采用分步搜索的方法，根据公式4计算使以下累加似然函数取值最小的频偏估值并将最小的频偏估值作为最终最大似然频偏估计值；公式4；其中，M为滑窗存储器的长度。优选地，分步搜索的方法具体包括：步骤1，假设初始频偏范围为(-εmax,εmax)；步骤2，在每次搜索时均将频偏搜索范围均分为P个区间，然后依次计算比较似然函数在各个区间端点的取值大小；步骤3，根据似然函数随不同归一化频偏值的选择取值从大到小变化又由小变大的过程，确定出下一轮频偏搜索的频偏范围(ε1,ε2)，其中ε1,ε2的选取与似然函数取值变化关系满足其中ε0=(ε1+ε2)/2；步骤4，在计算确定新的频偏范围(ε1,ε2)的基础上，重复上述步骤2-3，直到当前的频偏搜索步长已满足系统预定的频偏估计精度要求，输出当前频偏搜索范围(ε1,ε2)的中值ε0为本次搜索的最终估值本专利技术还提供了一种基于联合导频的最大似然频偏估计装置，用于多输入多输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法，用于多输入多输出MIMO‑正交频分复用OFDM系统的接收同步，其特征在于，包括：接收端对相应的第n个发送导频符号矩阵D

【技术特征摘要】
1.一种基于联合导频的最大似然频偏估计方法，用于多输入多输出MIMO-正交频分复用OFDM系统的接收同步，其特征在于，包括：接收端对相应的第n个发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及所述矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)；接收端将接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中；构建M个频偏矩阵，从所述滑窗存储器中获取所述接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)，根据所述接收导频符号矩阵R(n)、所述矩阵P(n)和所述M个频偏矩阵计算出似然函数，将待选频偏估计值代入所述似然函数，获取使累加似然函数取值最小的频偏估计值为最终最大似然频偏估计值；所述接收端对相应的发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及所述矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)具体包括：所述接收端根据公式1，对相应的发送导频符号矩阵D(n)、离散傅立叶变换DFT矩阵F、以及所述矩阵F的前L列构成的矩阵进行预处理，获取矩阵P(n)；其中，NT为MIMO系统的发射天线数，N为OFDM子载波数，代表第p根发送天线发送的第n个频域导频符号矩阵，表示第p根发送天线发送的第n个频域导频符号；F∈CN×N为DFT矩阵，其第(l,m)个元素为W代表DFT矩阵F的前L列，即F＝[W|V]，W∈CN×L，V∈CN×(N-L)，且有WHV＝0，WWH+VVH＝I，H代表共轭转秩；所述构建M个频偏矩阵具体包括：根据公式2构建M个频偏矩阵；其中，k＝0,1,…,M-1，ε为归一化频偏值，N为OFDM子载波数，j2＝-1，Ln-k代表第(n-k)个导频符号第一个抽样时刻所对应的序号，T表示转秩；所述从所述滑窗存储器中获取所述接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)，根据所述接收导频符号矩阵R(n)、所述矩阵P(n)和所述M个频偏矩阵计算出似然函数，将待选频偏估计值代入所述似然函数具体包括：从所述滑窗存储器中获取所述接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)，根据所述接收导频符号矩阵R(n)、所述矩阵P(n)和所述M个频偏矩阵，并根据公式3计算出似然函数；其中，||||F表示取矩阵的F范数，H为共轭转秩，代表第n个导频符号对应的频偏矩阵，E＝diag([1,ej2πε/N,…,ej2π(N-1)ε/N]T)，N为OFDM子载波数，λ(n)(ε)为最大似然频偏估计的似然函数；将所述待选频偏估计值代入所述公式3。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收端将接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中具体包括：接收端将接收导频符号矩阵R(n)和所述矩阵P(n)分别存储到长度为M的先入先出的滑窗存储器中，获取如下两组数据：其中，NR为MIMO系统的接收天线数，N为OFDM子载波数，在系统接收端符号同步的条件下，第q根接收天线接收到的第n个接收导频符号为：其中，代表第n个导频符号对应的频偏矩阵，E＝diag([1,ej2πε/N,…,ej2π(N-1)ε/N]T)，ε为归一化频偏值，Ln代表第n个导频符号第一个抽样时刻所对应的序号；表示第n个导频符号在(q,p)天线对间传输时所经历的L径时域信道增益，T表示转秩，nq代表第q根接收天线接收到的N×1维零均值、且每一维方差均为的复高斯噪声，j2＝-1。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取使累加似然函数取值最小的频偏估计值为最终最大似然频偏估计值具体包括：采用分步搜索的方法，根据公式4计算使累加似然函数取值最小的频偏估值并将所述最小的频偏估值作为最终最大似然频偏估计值；其中，M为滑窗存储器的长度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分步搜索的方法具体包括：步骤1，假设初始频偏范围为(-εmax,εmax)；步骤2，在每次搜索时均将频偏搜索范围均分为P个区间，然后依次计算比较似然函数在各个区间端点的取值大小；步骤3，根据似...

【专利技术属性】
技术研发人员：江海，李斌，陈庆春，乔静，何志谦，王宏宇，丁远晴，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44