论文研究-基于TK能量算子的OFDM时延估计算法.pdf
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收稿日期：２０１６０８０１；修回日期：２０１６０９２１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１４０１５１３）
作者简介：宗宇雷（１９９２），男，河南开封人，硕士，主要研究方向为室内无线定位技术（７５４２９０５７３＠ｑｑ．ｃｏｍ）；任修坤（１９７９），男，副教授，硕
士，主要研究方向为无线通信技术；李珂（１９９１），女，硕士，主要研究方向为 ＷｉＦｉ定位技术；李海文（１９８０），男，博士研究生，主要研究方向为室
内无线定位技术．
基于 ＴＫ能量算子的 ＯＦＤＭ 时延估计算法
宗宇雷，任修坤，李 珂，李海文
（信息工程大学 导航与空天目标工程学院，郑州 ４５０００１）
摘 要：针对已有正交频分复用（ＯＦＤＭ）信号时延（ＴＯＡ）估计算法抗噪声能力弱的问题，引入 ＴＫ能量算子，在
旋转不变技术（ＥＳＰＲＩＴ）算法基础上，提出一种 ＴＫＥＳＰＲＩＴ算法进行 ＴＯＡ估计。该算法利用 ＴＫ算子对瞬时信
号变化敏感的特点，首先对信号互相关函数进行处理，使相关函数峰值更加明显；然后构造特征矩阵，利用 ＥＳ
ＰＲＩＴ
算法完成 ＴＯＡ估计。仿真结果表明，与已有算法相比，提出算法可以有效提高估计精度。
关键词：正交频分复用；ＴＫ能量算子；时延估计；旋转不变技术
中图分类号：ＴＮ９１９．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１３６９５（２０１７）１１３３９９０３
ｄｏｉ
：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１７．１１．０４３
ＯＦＤＭ ｔｉｍｅｏｆａｒｒｉｖａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＴＫｅｎｅｒｇｙｏｐｅｒａｔｏｒ
ＺｏｎｇＹｕｌｅｉ，ＲｅｎＸｉｕｋｕｎ，ＬｉＫｅ，ＬｉＨａｉｗｅｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＮａｖｉｇａｔｉｏｎ＆ＡｅｒｏｓｐａｃｅＴａｒｇｅｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｎｔｉｎｏｉｓｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＯＦＤＭｓｉｇｎａｌＴＯＡｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄＴＫＥＳＰＲＩＴａｌｇｏ
ｒｉｔｈｍｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇＴＫｅｎｅｒｇｙｏｐｅｒａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＥＳＰＲＩＴ．ＴＫｏｐｅｒａｔｏｒｃｏｕｌｄｔｒａｃｋｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ．
Ｗｉｔｈｔｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒ
，ＴＫＥＳＰＲＩＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｏｃｅｓｓｅｄｔｈｅｓｉｇｎａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｉｔｉａｌｌｙａｎｄｍａｄｅｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｐｅａｋｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓ，ｔｈｅｎｂｕｉｌｔａｎｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｍａｔｒｉｘ，ａｎｄｕｓｅｄｔｈｅＥＳＰＲＩＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｐｅｒｆｏｒｍＴＯＡｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａ
ｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＴＫＥＳＰＲＩＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｃｕｒｒｅｎｔｌｙａｌｇｏｒｉｔｈｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＯＦＤＭ）；ＴＫｅｎｅｒｇｙｏｐｅｒａｔｏｒ；ＴＯＡｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｖｉａｒｏｔａｔｉｏｎａｌｉｎｖａｒｉａｎｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（ＥＳＰＲＩＴ）
!
引言
正交频分复用 （ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，
ＯＦＤＭ）技术是 Ｂ３Ｇ和 ４Ｇ无线通信 网 络 中 的 关 键 技 术。以
ＯＦＤＭ信号为基础开展的定位技术研究，近年来吸引了大量研
究人员的关注。在相关研究文献中，以研究时延（ｔｉｍｅｏｆａｒｒｉ
ｖａｌ，ＴＯＡ）参数和到达方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ，ＤＯＡ）参数的文
献居多。对于无线信号的时延估计，由于多径、非视距传播、噪
声干扰等因素存在，导致定位精度下降
［１～４］
，ＯＦＤＭ 无线信号
的时延估计同样面临这些问题。
为了降低多径问题对
ＴＯＡ估计误差的影响，研究人员将
现代谱估 计 算 法，如多 重 信 号 分 类 （ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ，ＭＵＳＩＣ）算法、旋转不变技术（ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｖｉａｒｏｔａｔｉｏｎａｌｉｎｖａｒｉａｎｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＥＳＰＲＩＴ）等应用在 ＯＦＤＭ信
号的 ＴＯＡ估计中
［１～３］
。在此基础上，文献［４］在经典 ＥＳＰＲＩＴ
算法基础上，通过对降秩汉克近似矩阵进行迭代，提高 ＴＯＡ估
计精度，但由于算法复杂度过高不利于实际应用，且易于受到
噪声干扰；文献［５］提出一种二维 ＥＳＰＲＩＴ偏移不变的 ＴＯＡ估
计算法，在室内多径信道下算法表现出色，但是算法复杂度非
常高；针对这一情况文献 ［
６］通过离散傅里叶变换进行一维
ＥＳＰＲＩＴ算法估计，大大降低了算法复杂度，能够根据信号变化
快速进行 ＴＯＡ估计，但算法本身的抗噪声能力则有所下降。
为了提高算法的抗噪声能力、保证算法精度，本文将
ＴＫ
能量算子引入到 ＯＦＤＭ信号时延估计中
［７］
。ＴＫ能量算子最
初被用在语音信号处理领域进行信号能量检测。利用其对信
号瞬时变化敏感的特点，本文在 ＥＳＰＲＩＴ算法的基础上进行改
进，提出一种 ＴＫＥＳＰＲＩＴ算法用于 ＴＯＡ估计。首先对接收到
的信号与本地信号进行互相关，得到互相关函数；其次引入 ＴＫ
能量算子对互相关函数作处理，使互相关函数的峰值更加突
出；然后根据处理后的互相关函数构建特征矩阵，对特征矩阵
进行特征值分解，得到时延参数；最后通过仿真实验对算法的
性能进行分析比较。
"
系统模型
ＯＦＤＭ信号的时延估计系统如图 １所示。
有 Ｎ个正交子载波的 ＯＦＤＭ信号在时域上的传播模型可
以表示为
第 ３４卷第 １１期
２０１７年 １１月
计 算 机 应 用 研 究
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ
Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１１
Ｎｏｖ．２０１７
资源评论
