CN101383799A - 一种ofdm***同步、信道估计和降低峰均比的联合高效算法 - Google Patents
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Abstract
本发明以高速无线数据通信***中的关键技术——正交频分复用(OFDM)为基础,提出了一种用同一训练序列同时实现OFDM***同步、信道估计和降低峰均比的联合高效算法。主要方法是用一组训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计,同时用该训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数,来降低峰均比。该***能用同一训练序列同时实现降低峰均比,信道估计和***同步,与独立实现各功能相比,该算法不仅能够实现以上三种功能,而且由于利用一组训练序列,节省了资源,提高了***有效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于正交频分复用***的联合高效算法,即用同一训练序列同时实现降低峰均比,信道估计和***同步。主要方法是用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计,同时用该训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数,来降低峰均比,属于无线通信技术领域。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)通过相互正交的子载波并行传输数据,是一种高效的数据传输方式。与传统通信手段相比,采用OFDM技术的无线数据通信***具有抗频率选择性衰落、频带利用率高等特点,能够满足人们对同时传送数据、语音和图象的要求,所以受到人们越来越广泛的关注。近几年来,OFDM在无线通信领域得到了深入研究和广泛应用,如数字音频广播(DAB),数字视频广播(DVB)和高清晰度电视(HDTV)等。采用OFDM方案的协议有IEEE 802.11a和欧洲电信标准化协会的HIPERLAN/2等。
OFDM是一种多载波传输技术,信号时域上表现为N个正交子载波信号的叠加,当这N个信号恰好均以峰值点相加时,OFDM信号也将产生最大峰值,尽管峰值功率出现的概率较低,但为了不失真地传输这些高峰均功率比的OFDM信号,发送端对高功率放大器(HPA)的线性度要求很高且发送效率极低,接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此,高的峰均功率比(PAPR)使得OFDM***的性能大大下降甚至直接影响实际应用。为了解决这一问题,人们提出了多种降低OFDM***的PAPR方法。
OFDM***对定时和频率偏移敏感,特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时,时域和频率同步显得尤为重要。所以精确的同步措施对正确解调OFDM信号非常重要。
信道估计是OFDM内接收机中的一个重要环节。我们可以把OFDM***的信道估计粗略地划分为两类:1)盲估计(Blind Estimation);2)利用导频的估计(PilotAidedEstimation)。由于盲估计方法不需要发送机发送特殊的训练序列,从而提高了***的频谱效率,但是为了得到可靠的信道估计,接收机必须接收到足够多的数据符号,所以有很大的处理延时。在无线移动***中,由于信道的时变性,信道统计特性的变化等因素,盲估计算法的使用受到很大限制。所以通常对无线通信***来说都必须定期或不定期地向信道估计器发送一定的训练序列,这种方法被称为数据辅助式信道估计((Data-Aided ChannelEstimation,DA-CE)。在OFDM***中,为了维持各子载波间的正交性,通常是规定某些子载波在某些时刻用于传送训练数据,这种方法被称为利用导频估计的方法。由于无线移动信道是时变的多径衰落信道,足够精确的信道估计对OFDM传输***尤为重要。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的上述问题,提供一种正交频分复用(OFDM)数字通信***的联合高效算法的技术方案。该方法利用同一训练序列同时实现降低峰均比,信道估计和***同步,使得***在分别实现上述三种功能的同时,减少了***的冗余信息,提高了***有效性,具有广泛的适用性和实用价值。
本发明的技术方案:
首先采用部分传输序列(PTS)算法来降低峰均比。***每帧的第一个OFDM符号发送训练序列,第二个OFDM符号发送全一序列。选用***训练序列的第1和3值,即2,—2映射为1,—1构成PTS的加权系数。接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号,经过FFT之后,将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减,每一个元素取绝对值后再相加,结果中第几位最小,则信道中有几个整数频偏,记为k。整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。并将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次变换后用于对信道进行纠正。
本发明的有益效果:本发明是一种使用同一训练序列同时实现降低OFDM***峰均比,信道估计和***同步的方法。与独立实现各功能相比,该算法不仅能够联合实现以上三种功能,而且由于利用一组训练序列,节省了***资源,提高了***有效性。
附图说明
图1是未信道估计且未同步时***星座图
图2是单独信道估计SNR=15dbAWGN信道***星座图
图3是单独整数频偏同步(整数频偏为2)***星座图
图4是联合算法SNR=15db AWGN信道(整数频偏为2)***星座图
图5是联合算法与单独信道估计误码率曲线
图6是联合算法与单独整数频偏同步误码率曲线
具体实施方式
以下结合附图和通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明:
这种基于OFDM***的联合高效算法,即在加性高斯白噪声信道下利用同一训练序列同时实现降低OFDM***峰均比,信道估计和***同步。其特征在于:本方法包括以下步骤:
a.用训练序列中的数据构成PTS算法的加权系数,来降低峰均比;
b.用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计。
步骤a中训练序列选用:
[+2,+2i,-2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,-2,+2i,+2,+2i,-2,2i]。
步骤a中由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值,随着加权系数bv的取值范围的增大,***的复杂度也会增大,故这里考虑bv取{±1}的情况,可以利用迭代方法得到bv。***选用训练序列的第1和3值,即2,—2映射为1,—1构成PTS算法的加权系数。
步骤b中的方法进一步包括以下步骤:
a.***的第一个OFDM符号发送训练序列,第二个OFDM符号发送全一,训练序列采用循环后缀。
b.接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号,经过快速傅立叶变换FFT之后,将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减,每一个元素取绝对值后再相加,结果中第几位最小,则信道中有几个整数频偏,记为k。
c.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。
d.将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次,得到信道的频域响应,用它对信道进行纠正。
该方法进一步包括训练序列可以采用其它形式的序列。
该方法进一步包括迭代的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
a.将N个子载波分割成V个子序列;
b.令bv=1,(v=1,2,…,V),在此条件下,计算峰均比PARO的值,且令v=1;
c.令bv=—1,同样计算此时的PAR;
d.如果PAR>PARO,则bv=1;否则,v=v+1;
e.如果v<V+1,则返回到步骤(c);否则,到步骤(f);
f.得到加权系数{bv,v=1,2,……,V},在此条件下得到的峰均比分布为min(PAR,PARO)。
该方法进一步包括可选用其它值映射构成PTS算法的加权系数。
实施例
本发明应用于32QAM正交频分复用***中,***使用16个子载波。
1.***的第一个OFDM符号发送训练序列,第二个OFDM符号发送全一序列。其中训练序列为[+2,+2i,-2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,-2,+2i,+2,+2i,-2,2i]
2.采用PTS算法来降低峰均比。由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值,在此选用***第一个OFDM符号中训练序列的第1和3值,即2,—2映射为1,—1构成PTS算法的加权系数。
4.将步骤3中的结果H(n)′和第二个OFDM符号变换后的结果相减,每一个元素取绝对值后再相加。结果中第几位最小,则信道中有几个整数频偏,记为k。
5.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。并将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次变换为H(n)。
6.用H(n)对信道进行纠正。
Claims (8)
1.一种基于正交频分复用(OFDM)***的联合高效算法,即在加性高斯白噪声信道下用同一训练序列实现OFDM***的同步,信道估计和降低峰均比。其特征在于:本方法包括以下步骤:
a.用训练序列中的数据构成部分传输序列(PTS)算法的加权系数,来降低峰均比;
b.用训练序列实现信道的整数频偏同步和信道估计。
2.根据权利要求1所述的联合高效算法,其特征在于:OFDM***采用MQAM调制(M=2n,n为正整数)或其它调制方式。
3.根据权利要求1所述的联合高效算法,其特征在于:步骤a中训练序列选用[+2,+2i,-2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,+2,-2i,-2,+2i,+2,+2i,-2,2i]。
4.根据权利要求1所述的联合高效算法,其特征在于:步骤a中由于PTS算法中的加权系数可以选用任意值。随着加权系数bv的取值范围的增大,***的复杂度也会增大,故这里考虑bv取{±1}的情况,可以利用迭代方法得到bv。***选用训练序列的第1和3值,即2,—2映射为1,—1构成PTS算法的加权系数。
5.根据权利要求1所述的联合高效算法,其特征在于:步骤b中的方法进一步包括以下步骤:
a.***每帧的第一个OFDM符号发送训练序列,第二个OFDM符号发送全一,训练序列采用循环后缀。
b.接收第一个OFDM符号和第二个OFDM符号,经过快速傅立叶变换FFT之后,将第一个OFDM符号的结果与训练序列的循环移位相除后再与第二个OFDM符号变换后的结果相减,每一个元素取绝对值后再相加,结果中第几位最小,则信道中有几个整数频偏,记为k。
c.整数频偏k用于纠正后面序列的整数频偏。
d.将第二个OFDM符号变换后的结果移位k次,得到信道的频域响应,用它对信道进行纠正。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:训练序列可以采用其它形式的序列。
7.根据权利要求4所述的迭代的方法,其特征在于:该方法进一步包括以下步骤:
a.将N个子载波分割成V个子序列;
b.令bv=1,(v=1,2,…,V),在此条件下,计算峰均比PARO的值,且令v=1;
c.令bv=—1,同样计算此时的PAR;
d.如果PAR>PARO,则bv=1;否则,v=v+1;
e.如果v<V+1,则返回到步骤(c);否则,到步骤(f);
f.得到加权系数{bv,v=1,2,……,V},在此条件下得到的峰均比分布为min(PAR,PARO)。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:可选用其它值映射构成PTS算法的加权系数。
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