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北京大学学报(自然科学版)
,第
40
卷,第
l
期,
2004
年
1
月
Ac
ta
Scientiarurn Naturaliurn
Universitatis Pekinensis
,
Vo1
.40 ,
No
.l
(Jan
,2004)
8
T-
OFDM
系统中的载波频率偏差估计算法。
邹黎赵玉萍王兵梁庆林
(北京大学电子学系,北京,
100871
)
摘
要针对
S
乎
OFDM
系统的特点提出了一种有效的
CFO
算法并重点探讨了其中的
IFO
估计
部分。与现有的
OFDνM
系统中
C
口
FO
算法相比该算法解决了估计范围
相互制约的问题
e
仿真结果表明,在低信噪比的多径信道下,该算法可通过选择合适的训练符号,
使错检概率低于常规算法。在要求低错检概率或大范围的
IFO
估计时该算法更能体现出明显的
优越性。
关键词
正交频分复用系统,差分空频调制,载波频率偏差,整数频率偏差,错检概率
中图分类号
TN92
。寻|
~,~
仁
1
结合了空时(
ST)
编码调制和正交频分复用(
OFD
M)技术的
S
下
OFDM
系统是新一代极具潜
力的无线通信系统。但空时编码调制技术的号|入使得
S
下
OFDM
系统较单天线的
OFDM
系统
对载波同步有了更高的要求。因此准确的载波频率偏差
CFO
估计(包括整数频差
IFO
估计和
小数频差
FFO
估计两部分)对系统性能改善有重要意义。在
OFDM
系统中寻|入基于空时编码
调制技术可以显著提高系统在衰落信道下的误码性能。对这个新技术的研究己经成为通信领
域的一大热点
[1
,2
J
。通常所研究的空时编码
OFDM
系统(
S
下
OFDM)
几乎都是假设载波同步的
理想情况,然而这种系统继承了
OFDM
系统对载波频率偏差
CF
O(
carrier
f
叫
uency
of
也
et)
非常敏
感的特性。严重时,
CFO
可使整个通信系统无法工作。因此,研究
CFO
估计对提高
S
下
OFDM
系统具有重要的意义。
CFO
相对于子载波间隔频宽作归一化,可分为整数频率偏差
IFO(
inte-
ger
frequency
offset)
和小数频率偏差
FF
O(
fraction
frequency
offset)
,
IFO
使频域上的子载波移位,
FFO
则破坏了
OFDM
系统子载波之间的正交性,引起各子载波间的信号串扰(
1α)
[3
J
。这两种
偏差都会明显影响
S
下
OFDM
系统的误码性能。基于上述原因本文提出了新的
CFO
估计算
法,该算法结合了空时编码和
OFDM
的特点,能以较低的复杂度估计出口
0
,
由于
S
下
OFDM
系统与
OFDM
系统的相似性它的
CFO
算法借用了现有的
OFDM
系统中估
计算法的设计思想。
CFO
估计的一个重要方面是
FFO
估计[
4
训。
CFO
的另一个重要方面是
IFO
估计。文献
[5
]对
CFO
估计问题进行了探讨,但估计范围的扩大必须以精度为代价。文献
[
4]
给出了一个较为实用的全面的估计算法。文献[
7]
提出了一种改进的算法,采用了一个ìJ
ll
1)
国家自然科学基金重大研究计划资助项目(
90104014)
收稿日期
2003-
02-1
7
;修四日期
2003-0
非
29
91
第
40
卷
练符号,结构简单。但这种算法中设计的训练符号与普通数据无法区分,使它的应用受到相当
的限制。最大似然(皿)估计算法
16
J
不需要训练符号,从而节省了频带资源,但其较高的复杂
度限制了它在实际系统中的应用。这些算法可分为两类,其一是阻的估计法
17
J
其二则是基
于相关的思
:tty
,
73]
。以上两类方法的判断准则各不相同但核心思想都是搜索可能的
IFO
范
围,并根据准则函数达到最大(小)值的位置来判定
IFd
4
,
9
,
IO
J
。这些搜索算法的复杂度与可能
的
IFO
范围、错检概率(
Pro
l>
a
l>
ility
of
fail ure
)相互制约。
本文提出的算法较好地解决了这个问题。针对
S
下
OFDM
系统该算法使用了两个训练符
号,第一个训练符号设计思路与
Schmidl
和
Cox
提出的
CFO
算法一
-SCE
算法
14
J
大致相同,但
在第二个训练符号设计中本文没有采用
SCE
算法中
PN
码的设计而是采用了差分空频调制
(
DSF
M)的训练符号,将
IFO
转换为多个相关的相位信息,从而可以直接计算出
IFOo
另外,该
算法中采用了多个相位的联合估计明显降低了错检概率而且复杂度与错检概率、估计范围
无关。文章第二部分介绍空时调制
OFDM
系统(
S
下
OFD
M)以及
CFO
对系统造成的影响,第三
部分给出了常规的
CFO
估计算法以及提出新的
CFO
估计算法。第四、五部分分别讨论仿真结
果和给出结论。
8
T-
OFDM
系统模型
OFDM
技术将具有频率选择性衰落的宽带信道转化为并行的平坦衰落的子信道,并通过
循环前缀(
CP)
未消除符号问干扰(
ISI)
。空时编码技术有效的结合了编码和调制技术。将该
技术应用到
OFDM
系统中可以得到更大的分集增益
17
J
。图
1
为一个双发单收的
S
于
OFDM
系
统的框图。数据信号经过空时编码后,通过串并变换,由
IDFT
调制到各子载波上,并加上
CP
,
经多个天线发送出去。在接收端,先进行符号同步处理,估计小数频率偏差
FFO
并纠正,去掉
白,再通过
DFT
变换后,估计整数频率偏差
IFO
并纠正,最后解码输出。
北京大学学报(自然科学版)
1
空时编码调制
图
1
空时调制的
OFDM
系统结构(双发单收的例子)
S
T-
OFDM
systern
structure(
the
exarnp1e
with
two
transrnitter and
one
receiver)
Fig
.1
载波频率偏差估计
(CFO)
算法
对
OFDM
系统中的
FFO
估计的讨论较多[忖本文提出的算法中
FFO
估计采用了文献[
4]
的
SCE
算法,因此本节中主要介绍现有文献中研究较少的
IFO
的估计问题。下面首先介绍
OFDM
系统中常用的
SCE
算法
14
J
。
2
.1
常规的载波颇率偏差估计算法一
-SCE
算法
SCE
算法包括了
IFO
和
FFO
的估计。算法中使用了
2
个
OFDM
训练符号。第一个训练符
号将伪随机(
P
N)序列调制到偶序号子载波上,并在奇序号子载波上补零形成,第一个训练符
号在经过
IFFT
变换后在时域上是前后相等的两部分。第二个训练符号的偶序号子载波和奇
序号子载波上分别承载不同的
PN
序列其中偶序号子载波上的信号与第一个训练符号对应
92
2
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